DE1096420B - Elektroakustischer Richtwandler - Google Patents
Elektroakustischer RichtwandlerInfo
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- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
- H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
- H04R1/32—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only
- H04R1/34—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by using a single transducer with sound reflecting, diffracting, directing or guiding means
- H04R1/38—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by using a single transducer with sound reflecting, diffracting, directing or guiding means in which sound waves act upon both sides of a diaphragm and incorporating acoustic phase-shifting means, e.g. pressure-gradient microphone
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Description
DEUTSCHES
Unter den verschiedenartigen Mikrophonen mit Richtcharakteristik haben die als Druckgradientenempfänger
wirksamen Anordnungen besondere praktische Bedeutung erlangt. Ein solcher Wandler arbeitet
als Druckdifrerenzempfänger, und beide Seiten seiner Membran sind mit verschiedenen Punkten des äußeren
Schallfeldes verbunden. Der Abstand dieser Punkte wird als Basis bezeichnet, und die Größe dieser Basis
ist wesentlich bestimmendes Element für die Empfindlichkeit der Anordnung. Einer Steigung der Empfindlichkeit
durch Vergrößern der Basis wird Grenzen gesetzt durch die bekannte Bedingung, daß die Basis
nicht größer sein soll als eine halbe Wellenlänge des Schalles der höchsten Frequenz, für die die Anordnung
wirksam sein soll. Unter der Bezeichnung »variable distance« ist ein Prinzip bekannt, die Auswirkungen
dieser einschränkenden Bedingung dadurch zu umgehen, daß die Basis frequenzabhängig gemacht
wird. Nach diesem Prinzip aufgebaute Wandler haben mehrere verschiedenen Basislängen entsprechende
Schalleinlässe, und es ist dafür Sorge getragen, daß die Schalleinlaßöffnungen mit der größeren Basis für
höhere Frequenzen unwirksam werden. Dieses Prinzip ist bisher angewendet auf Richtmikrophone vom sogenannten
Nierentyp, das sind Druckgradientenempfänger, bei denen in der Schalleitung zum rückwärtigen
Schalleinlaß laufzeitbehaftete Glieder eingebaut sind.
Zur besseren Klarstellung der Gedanken der Erfindung sei zunächst ein charakteristisches Ausführungsbeispiel bekannter Art beschrieben. Hierzu wird auf
die Abb. 1 und 2 Bezug genommen. Die Abb. 1 zeigt in schematiseher Darstellung ein bekanntes Nierenmikrophon,
das vom »Variable-distance«-Prinzip Gebrauch macht. Der vordere Schalleinlaß A mag hier
einfach durch die Vocderfläche der Membran 11 gegeben
sein; die hier im allgemeinen angeordneten besonderen Mittel sind für das Wesen unbedeutend und
dementsprechend im Interesse der Klarheit fortgelassen. Die hinteren Schalleinlässe sind mit X, Y
und Z bezeichnet. Sie entsprechen jeweils abgestuften Basislängen I, II und III. Charakteristisch für dieses
Beispiel, wie für alle bekannten Ausführungen, ist die Parallelschaltung mehrerer hinterer Schallwege zum
Luftraum 12 hinter der Membran. Wenn die Betrachtung zunächst auf die hinteren Schalleinlässe X und Z
beschränkt wird, erkennt man dieses Prinzip sehr deutlich. Der für hohe Frequenzen allein wirksame
Schalleinlaß X mit der kürzesten Basis I besteht aus einem Röhrchen 15, das die Einlaßöffnung mit dem
Luftraum 12 hinter der Membran verbindet. In dem Röhrchen 15 ist ein Dämpfungswiderstand angebracht.
Die Verbindung des Schalleinlasses Z, der der größeren Basis III entspricht, mit dem Luftraum 12 hinter
der Membran erfolgt über die Hintereinanderschal-
Anmelder:
SENNHEISER electronic
Dr.-Ing. Fritz Sennheiser,
Wennebostel bei Bissendorf (Hann.)
Paul-Friedrich Warning, Bissendorf (Hann.),
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
tung von Röhrchen 19, Volumen 17 und Röhrchen 16; die beiden Röhrchen sind jeweils mit Dämpfungswiderständen versehen. Diese Reihenschaltung von
akustischer Masse, Nachgiebigkeit und akustischer Masse stellt einen Tiefpaß dar, der den Schalleinlaß Z
für hohe Frequenzen unwirksam macht. Im mittleren Frequenzgebiet sind beide Schalleinlässe wirksam, und
die von ihnen herrührenden Schalldrücke addieren sich im Luftraum 12 hinter der Membran. Es resultiert
daraus eine frequenzabhängige wirksame Basislänge, die ihrer Größe nach zwischen den Werten der
kleinsten Basis I und der größten Basis III liegt. Um diesen Übergang noch weicher zu gestalten und einen
möglichst glatten Verlauf in der Abhängigkeit der wirksamen Basislänge von der Frequenz zu erhalten,
ist am Volumen 17 eine Membran angebracht, die einen mit Masse und Dämpfung behafteten mittleren
Schalleinlaß darstellt. Es findet dann von tiefen Frequenzen ausgehend zunächst ein Übergang von Z
auf Y und bei weiter steigender Frequenz von Y auf X
statt. Für die generelle Betrachtung kann dieser mittlere Schalleinlaß Y mit seiner Membran 18 unbeachtet
bleiben; er ist daher in der Abb. 1 auch nur gestrichelt eingezeichnet. Die Parallelschaltung der beiden Schallwege
erfolgt am Volumen 12 hinter dter Membran. Dies ist aber ein Ort verhältnismäßig hohen Widerstandes,
so daß sich die komplexen Widerstände der beiden Schallwege gegenseitig beeinflussen. Die Erfindung
geht von der Erkenntnis aus, daß hierin ein wesentlicher Grund für viele Schwierigkeiten bei der
Konstruktion solcher Richtmikrophone liegt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist noch ein Volumen
14 über ein gedämpftes Röhrchen 13 ebenfalls an dien Luftraum 12 hinter der Membran angekoppelt.
Die Ankopplung dieses zusätzlichen akustischen
009 697/367
Scheinwiderstandes erweist.sich bekanntlich als notwendig,
um die Piiasenbedingungen für einen glatten
Verlauf der Empfindlichkeitskurve zu erfüllen. Das beschriebene Beispi|el ist. ein Richtmikrophon vom
Nierentyp. Die aufgezeigten Gesichtspunkte gelten natürlich genauso für das daraus durch symmetrische
Ergänzung ableitbare Achtermikrophon. Die Grundgedanken sind nicht einmal auf Mikrophone beschränkt,
sondern gelten auch für Schallsendjer, d.h.,
sie gelten allgemein für Riehtwandler mit beiderseits beaufschlagter Membran.
Die Erfindung betrifft einen elektroakustischen Riehtwandler mit beiderseits-beaufschlagter Membran
und mehreren hinteren Verbindungsöffnungen zum äußeren Schallfeld, die unterschiedliche Abstände von
der vorderen Verbindungsöffnung zum äußeren Schallfeld haben zur Ausnutzung des als »variable distance«
bekannten Prinzips einer frequenzabihängigen wirksamen Basislänge und ist besonders geeignet für ein
Druckgradientenmikrophon mit Nierencharakteristik, ao Ihre besonderen Merkmale bestehen darin, daß die in
die einzelnen hinteren Verbindungsöffnungen zum äußeren Schallfeld mündenden einzelnen akustischen
Verzögerungsglieder hintereinandergeschaltet sind und an ihren Verbindungsstellen jeweils eine der Verbindüngen
zum äußeren Schallfeld je mit einem Dämp- ■ fungswiderstand versehen sind. Der durch das Prinzip
der Hintereinanderschaltung der Verzögjerungsglieder im Gegensatz zur bekannten Parallelschaltung gekennzeichnete
Grundgedanke möge zunächst an Hand eines Ersatzschaltbildes näher erläutert werden. Die Abb. 3
zeigt ein solches Ersatzschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. Zum besseren Verständnis
möge eine vergleichende Betrachtung des Ersatzschaltbildes 2 dienen, das der bekannten Ausführung nach
Abb. 1 entspricht. Die Schalleinlässe sind jeweils mit A1 X1 Y und Z bezeichnet. Masse und Nachgiebigkeit
der Membran sind durch die Reihenkreise 31 bzw. 21 dargestellt. Die Nachgiebigkeiten der Lufträume
hinter der Membran sind durch die Kapazitäten 32 bzw. 22 symbolisiert. In diesen Elementen unterscheiden
sich die beiden Beispiele nicht oder zumindest nicht qualitativ; denn die Erfindung betrifft ja die
Verbindungen des Luftraumes hinter der Membran zu den hinteren Schalleinlässen. Bei dem Ausführungsbeispiel
nach der Erfindung ist an den durch die Nachgiebigkeit 32 symbolisierten Luftraum hinter der
Membran nur eine akustische Masse 33 angekoppelt. An deren freies Ende schließt nun die Serienschaltung
zweier Laufzeitglieder an, und an den Verbindungsstellen ist die Ankopplung an das äußere Schallfeld,
d. h. zu den Einlassen X1 Y und über Dämpfungswiderstände, vorgenommen. Die beiden Verzögerungsglieder sind im Ersatzschaltbild der Abb. 3 als. T-Glieder
mit den akustischen Massen 34 und 36 bzw. 37 und 39 in den Längszweigen und den Nachgiebigkeiten
35 bzw. 38 in den Querzweigen realisiert. In die Querzweige ist jeweils noch eine bedämpfte Masse
eingeschaltet, wie dies im Interesse Kesseren Phasenganges erforderlich sein mag. Das zum Vergleich heranzuziehende
Ersatzschaltbild nach Abb. 2 für die bekannte Anordnung zeigt deutlich die Parallelschaltung
zweier Zweige. An die Nachgiebigkeit 22 ist einerseits der aus Masse und Dämpfung bestehende obere
Zweig 25 für den Einlaß X angeschlossen. Parallel dazu liegt der untere Zweig, bestehend aus einer T-Schaltung
von jeweils Masse mit Dämpfung 26 und 29 in den Längszweigen und der Nachgiebigkeit 27 im
Querzweig. Der Vollständigkeit halber ist in dieser Abbildung auch die den mittleren Schalleinlaß Y zugeordnete
Ersatzschaltung, bestehend aus dem gedämpften Serienkreis 28, gestrichelt eingezeichnet.
Der aus den Schaltelementen 23 und 24 bestehende Serienkreis entspricht dem zuvor genannten, zur Erfüllung
der Phasenbedingungen erforderlichien akustischen Resonanzkreis 13 und 14.
Die nach der Erfindung hintereinanderzuschaltenden Verzögerungsglieder können in an sich bekannter
Weise aus diskreten akustischen Massen, dargestellt durch Luftstöpsel, und diskreten akustischen Nachgiebigkeiten,
dargestellt durch Luftvolumina, bestehen. Die Abb. 4 zeigt ein dementsprechendes Ausführungsbeispiel,
das dem Ersatzschaltbild der Abb. 3 entspricht. Hinter der mit Masse und Nachgiebigkeit
behafteten Membran 41 ist der Luftraum 42, an den
die Hintereinanderschaltung der Verzögerungsglieder angeschlossen ist. Zunächst führt vom Luftraum 42
das Röhrchen 43 zum Schalleinlaß X. Zugleich ist hier aber das aus den beiden Luftstöpseln 44 und 46 sowie
der Nachgiebigkeit 45 bestehende erste Verzögerungsglied angeschlossen, dessen anderes Ende in den
Schalleinlaß Y führt, wo zugleich das aus den beiden Luftstöpseln 47 und 49 sowie der Nachgiebigkeit 48
bestehende zweite Verzögerungsglied angeschlossen ist, dessen anderes Ende als Schalleinlaß Z in das
äußere Schallfeld mündet. Die drei Schalleinlässe sind durch Wirkwiderstand bedämpft. Der Hintereinanderschaltung
nach der Erfindung entspricht es, daß die einzelnen Verzögerungsglieder jeweils an Punkten geringen
Widerstandes aneinander gekoppelt sind. Die hierbei auftretende Parallelschaltung mit dem widerstaridsbehafteten
Schalleinlaß stört nicht. Am Zusammenstoß der beiden Luftstöpsel 43 und 44, hinter
dem Schalleinlaß X z. B., stellt der Eingangswiderstand des Röhrchens 44 mit den rechts dahinterliegenden
Elementen für hohe Frequenz einen verhältnismäßig großen Massewiderstand dar, so daß diese angekoppelten
Elemente die Wirkung des Schalleinlasses X bei hohen Frequenzen nur wenig beeinflussen.
Die beiden Verzögerungsglieder haben Tiefpaßcharakter, so daß sie mit steigender Frequenz in steigendem
Maße abgekoppelt werden. Dadurch wird mit steigender Frequenz zunächst der hinterste Schalleinlaß
Z und bei weiter steigender Frequenz auch der mittlere Schalleinlaß Y unwirksam, so daß für hohe
Frequenzen der Schalleinlaß X mit der kürzesten Basis allein wirksam bleibt. Man erreicht daher mit einer
erfindungsgemäßen Ausführung die Wirkung, wie sie für das »Variable-distance«-Prinzip charakteristisch
ist, ohne die Nachteile der bekannten Anordnungen in Kauf nehmen zu müssen.
Die nach der Erfindung hintereinanderzuschaltenden Verzögerungsglieder können auch in an sich bekannter
Weise durch Rohrleitungsstücke gegeben sein. Zur Erhöhung der Laufzeit können diese Rohrleitungsstücke
außerdem mit periodisch veränderlichem Querschnitt ausgeführt sein. Die Abb. 5 zeigt
hierfür ein Ausführungsbeispiel, wobei Membran und Luftraum hinter der Membran nicht dargestellt sind.
Man erkennt deutlich die Hintereinanderschaltung von Rohrstück 51, Rohrstück 52 mit ortsveränderlichem
Querschnitt und Rohrstück 53 mit ebenfalls ortsveränderlichem Querschnitt. Die Abb. 6 zeigt ein
Ausführungsbeispiel mit glattwandigen Rohrstücken 61j 62 und 63, die erfindungsgemäß hintereinandergeschaltet
sind. Um einerseits die frequenzabhängige Abkopplung zu verbessern und andererseits die Rückwirkung
der nicht benutzten Teile zu verkleinern, erfolgt hier die Ankopplung an das jeweils der Membran
näher liegende Glied über eine Querschnitts-
verringerung, die in ihrer Wirkung eine akustische Masse darstellt.
Claims (7)
1. Elektroakustischer Richtwandler mit beiderseits beaufschlagter Membran und mehreren hinteren
Verbindungsöffnungen zum äußeren Schallfeld, die unterschiedliche Abstände von der vorderen
X^erbindungsöffnung zum äußeren Schallfeld haben zur Ausnutzung des als »variable distance« ίο
bekannten Prinzips einer frequenzabhängigen wirksamen Basislänge, insbesondere Druckgradientenmikrophon
mit Nierencharakteristik, dadurch gekennzeichnet, daß die in die einzelnen hinteren Verbindungsöffnungen zum äußeren
Schallfeld mündenden einzelnen akustischen Verzögerungsglieder hintereinandergeschaltet sind
und an ihren Verbindungsstellen jeweils eine der Verbindungen zum äußeren Schallfeld abzweigt
und diese Verbindungsöffnungen zum äußeren Schallfeld je mit einem Dämpfungswiderstand
versehen sind.
2. Elektroakustischer Richtwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hintereinandergeschalteten
Verzögerungsglieder in an sich bekannter Weise aus diskreten akustischen Massen, dargestellt durch Luftstöpsel, und diskreten
akustischen Nachgiebigkeiten, dargestellt durch Luftvolumina, bestehen.
3. Elektroakustischer Richtwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hintereinandergeschalteten
Verzögerungsglieder in an sich bekannter Weise aus Rohrleitungsstücken bestehen.
4. Elektroakustischer Richtwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen
Rohrleitungsstücke vor dem Einmünden in das jeweils der Membran nähere Verzögerungsglied
eine als akustische Masse wirkende Querschnittsverkleinerung haben.
5. Elektroakustischer Richtwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen
Rohrleitungsstücke mit, vorzugsweise periodisch, ortsveränderlichem Querschnitt ausgeführt
sind, so daß nach an sich bekanntem Effekt ihre Laufzeiten gegenüber gleich langen glatten Rohren
vergrößert sind.
6. Elektroakustischer Richtwandler nach Anspruch 1 und insbesondere Anspruch 2 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die einzelnen Verzögerungsglieder voneinander abweichende obere
Grenzfrequenzen haben, die so gestaffelt sind, daß dem der Membran nächsten Glied die höchste
Grenzfrequenz zugeordnet ist und diese dann von Glied zu Glied abnimmt.
7. Elektroakustischer Richtwandler mit beiderseits beaufschlagter Membran und Maßnahmen
nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch symmetrischen Aufbau des
Systems, so daß beide Seiten der Membran über jeweils in Reihe geschaltete Verzögerungsglieder
über jeweils mehrere Verbindungsöffnungen mit dem äußeren Schallfeld in Verbindung stehen.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 774 003;
USA.-Patentschrift Nr. 2 789 651.
Britische Patentschrift Nr. 774 003;
USA.-Patentschrift Nr. 2 789 651.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 009 697/367 12.60
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DES61144A DE1096420B (de) | 1958-12-24 | 1958-12-24 | Elektroakustischer Richtwandler |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DES61144A DE1096420B (de) | 1958-12-24 | 1958-12-24 | Elektroakustischer Richtwandler |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1096420B true DE1096420B (de) | 1961-01-05 |
Family
ID=7494655
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DES61144A Pending DE1096420B (de) | 1958-12-24 | 1958-12-24 | Elektroakustischer Richtwandler |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1096420B (de) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2789651A (en) * | 1950-09-05 | 1957-04-23 | Fred B Daniels | Acoustic device |
GB774003A (en) * | 1954-01-11 | 1957-05-01 | Electro Voice | Improvements in or relating to pressure gradient microphones |
-
1958
- 1958-12-24 DE DES61144A patent/DE1096420B/de active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2789651A (en) * | 1950-09-05 | 1957-04-23 | Fred B Daniels | Acoustic device |
GB774003A (en) * | 1954-01-11 | 1957-05-01 | Electro Voice | Improvements in or relating to pressure gradient microphones |
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