DE1207964B - Mikrophonmembran - Google Patents
MikrophonmembranInfo
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- H04R7/02—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones characterised by the construction
- H04R7/12—Non-planar diaphragms or cones
- H04R7/127—Non-planar diaphragms or cones dome-shaped
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES #Ä PATENTAMT
Int. α.:
H04r
AUSLEGESCHRIFT
Deutsche Kl.: 21 a2 -11
Nummer: 1207 964
Aktenzeichen: S 79627 VIII a/21 a2
Anmeldetag: 25. Mai 1962
Auslegetag: 30. Dezember 1965
Bei den Membranen von Mikrophonen handelt es sich um mechanische Vorrichtungen, die akustischen
Schwingungen ausgesetzt werden und sich entsprechend ausbiegen. Jede Membran trägt eine elektrische
Einrichtung, z. B. eine Schwingspule, die eine Anzahl 5 von Windungen aus feinem Draht umfaßt, welche so
miteinander verklebt sind, daß sie einen im wesentlichen starren zylindrischen Körper bilden. Die
Schwingungen der Membran erzeugen Bewegungen der in einem Magnetfeld befindlichen Schwingspule,
so daß die auf die Membran auf treffenden akustischen
Signale in entsprechende elektrische Signale umgewandelt werden, die z. B. einer Lautsprecheroder
Rufanlage oder dem Modulationsnetzwerk eines Senders zugeleitet werden.
Bekannte Mikrophonmembranen haben den Nachteil, daß beim Schwingen der Membran Kippbewegungen
der Schwingspule und Obertonresonanzen in Erscheinung treten, was innerhalb eines bestimmten
Frequenzbereiches ungleichmäßige Durchbiegungen der Membran und damit eine Verzerrung der elektrischen
Signale im Vergleich zu den akustischen Signalen zur Folge hat.
Zur Vermeidung von Obertonresonanzen wurde bereits vorgeschlagen, die Mikrophonmembran zu
versteifen; dies führt jedoch gewöhnlich zur Entstehung von Kipp- bzw. Durchbiegungszonen, deren
Starrheit geringer ist als die Starrheit der übrigen Teile der Membran, so daß die Membran nachgiebig
wird und daher trotz der Versteifung bei höheren Frequenzen Kippbewegungen ausführt. Diese Kippbewegungen
haben aber zur Folge, daß die Schwingspule kein effektives Ausgangssignal liefert, da sie
lediglich mit der Membran gekippt wird und nicht im Magnetfeld hin- und herbewegt wird, wie es zum
Induzieren einer Spannung in die Schwingspule erforderlich ist.
Es wurden zahlreiche Mikrophonmembranen entwickelt, um diese durch das Versteifen auftretenden
Schwierigkeiten zu beseitigen. Eine der bekanntesten derartigen Membranen ist die Harrison-Membran,
die in radialer Richtung gewellt ist, wobei sich die Wellungen von der Befestigungsfläche der Schwingspule
nach außen erstrecken. Die Größe der Wellungen nimmt bei dieser Membran in Richtung auf
deren äußeren Rand zu. Zwar wird bei dieser Membran eine Verringerung der oben aufgezeigten Nachteile
erzielt, doch es besteht hier noch die Gefahr, daß die Membran bei höheren Tonfrequenzen in unmittelbarer
Nähe der Schwingspule beschädigt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mikrophonmembran zu schaffen, bei der weder
Mikrophonmembran
Anmelder:
Shure Brothers, Inc., Evanston, JIl. (V. St. A.)
Vertreter:
Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls
und Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann,
Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2
und Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann,
Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2
Als Erfinder benannt:
Charles Ernest Seeler, Evanston, JIl. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 25. Mai 1961 (112 684)
Obertonresonanzen noch Kippbewegungen der Schwingspule noch Beschädigungen der Membran in
der Nähe der Schwingspule auftreten.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in der Membran eine Vielzahl von konzentrischen
Kegelabschnitten ausgebildet ist und daß zur Verbindung von benachbarten Kegelabschnitten
in Umfangsrichtung verteilte radiale Verbindungsbrücken in Form von Ausprägungen in der Membran
vorgesehen sind, derart, daß die Verbindungsbrücken eine akustische Verbindung zwischen diesen konischen
Bereichen schaffen.
Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben bei Mikrophonmembranen den Vorteil eines sehr linearen
Frequenzganges bis mindestens 15 kHz, ohne daß Beschädigungen der Membran in Erscheinung
treten, da erfindungsgemäß ausgebildete Membranen an der Stelle besonders steif gemacht werden können,
an der die Schwingspule angebracht ist; trotz dieser Steifigkeit an dieser Stelle besitzen sie eine gleichmäßig
gute Schwingfähigkeit.
Durch die Schaffung der unter den radialen Verbindungsbrücken liegenden kanalartigen Räume
eignen sich erfindungsgemäße Membranen insbesondere zur Anwendung bei Mikrophonen mit kardioidenförmiger
Richtcharakteristik, bei denen die Schallwellen mit Phasenverschiebung beidseitig auf
die Membran einwirken; denn durch diese Räume wird in besonders einfacher und trotzdem genauer
Weise die gewünschte Richtcharakteristik erhalten.
Das Merkmal des Vorsehens einer Vielzahl von konzentrischen Kegelabschnitten in einer Membran
ist bei Lautsprechermembranen an sich bereits be-
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kannt. Dieses Merkmal hat aber im Vergleich zum Erfindungsgegenstand bei Lautsprechermembranen
ganz andere Aufgaben zu erfüllen, da Lautsprechermembranen elektromagnetisch angetrieben werden
und eine Luftsäule in Schwingungen versetzen, während Mikrophonmembranen durch den sich ändernden
auf sie einwirkenden Luftdruck in Schwingungen versetzt werden, um entsprechende elektrische Signale
zu erzeugen. Außerdem werden bei Lautsprechermembranen vor allem eine gute Abstrahlung
für tiefe Frequenzen und geringe Verzerrungen bei großer Lautstärke gefordert, so daß Lautsprechermembranen
in der Regel einen großen Durchmesser aufweisen, um die erforderliche Frequenzcharakteristik
bei tiefen Frequenzen einzuhalten, während Mikrophonmembranen, insbesondere bei höheren
Frequenzen noch einwandfrei schwingen und außerdem so elastisch sein müssen, daß sie auch Schallwellen
von sehr schwacher Intensität noch einwandfrei aufnehmen können.
Im Hinblick auf die Fertigung von erfindungsgemäßen Membranen ist es zweckmäßig, wenn die
Verbindungsbrücken radiale Seitenwände aufweisen, die sich im wesentlichen senkrecht zur Hauptebene
der Membran erstrecken, wobei das obere, die Seitenwände miteinander verbindende Endteil gewölbt
ist.
In akustischer Beziehung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Verbindungsbrücken nach
oben sich höchstens bis zum oberen Ende der Innenfläche des jeweiligen äußeren Kugelabschnittes erstrecken.
Zum Kleinhalten der Höhe der Membran und unter Beibehaltung ihrer guten Steifigkeit sind die
Verbindungsabschnitte zv/ischen benachbarten Kegelabschnitten abgeflacht und mit Versteifungen versehen.
Es ist akustisch vorteilhaft, wenn die vorzugsweise als Sicken in der Membran ausgebildeten Versteifungen
sich im wesentlichen in Umfangsrichtung der Kegelabschnitte erstrecken.
Zur Erhöhung der Steifigkeit der Membran besteht dieselbe erfindungsgemäß aus mehreren Schichten,
von denen mindestens eine Schicht sich nach
außen nur bis zur Innenfläche des äußersten ringförmigen Kegelabschnittes erstreckt.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert.
F i g. 1 ist ein Längsschnitt durch eine Membran und die benachbarten Teile des zugehörigen Mikrophons;
F i g. 2 zeigt die erfindungsgemäße Membran im Grundriß;
F i g. 3 ist ein in größerem Maßstabe gezeichneter Teilschnitt längs der radialen Linie 3-3 in F i g. 2;
F i g. 4 ist ein Teilschnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 2;
Fig. 5 ist ein Teilschnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 2;
F i g. 6 ist ein Teilschnitt längs der Linie 6-6 in Fig. 2.
Das Mikrophon 10 umfaßt ein mehrteiliges Gehäuse 11, das am oberen Ende offen ist und dort ein
Sieb 12 aufnimmt, durch das die akustischen Schwingungen zum Mikrophon gelangen können. Innerhalb
des Mikrophons befindet sich eine Mikrophonpatrone 13 mit einem Magneten 14, an dessen vorderem
Ende ein inneres Polstück 15 befestigt ist. Ein äußeres Polstück 16 von zylindrischer Form ist mit
seinem hinteren Ende so an dem Magneten 14 befestigt, daß sich ein geschlossener magnetischer
Kreis ergibt, und das vordere Ende des äußeren Polstückes 16 umgibt das vordere Ende des inneren Polstückes
15, so daß ein zylindrischer Luftspalt vorhanden ist, der von einem radialen Magnetfeld durchsetzt
wird.
ίο Der Luftspalt ist so bemessen, daß er eine Schwingspule
17 aufnehmen kann, die eine Anzahl von Windungen aus feinem Draht umfaßt, welche miteinander
zu einem selbsttragenden Zylinder verklebt sind. Die Schwingspule ist auf die Unterseite einer
Membran 18 aufgekittet, deren äußerer Rand 19 mit einem Ring 20 verkittet ist, welcher an der vorderen
Stirnfläche des äußeren Polstückes befestigt ist, um die Membran in ihrer Betriebsstellung zu halten.
Bei dem in F i g. 1 gezeigten Mikrophon handelt es sich um ein Mikrophon mit einseitiger Richtwirkung
der mit Phasenverschiebung arbeitenden Bauart, d. h., die Membran empfängt Signale sowohl
über die durch das Sieb 12 abgedeckte Öffnung am vorderen Ende als auch über rückwärtige Eintritts-
=5 Öffnungen 21 an der Verbindungsstelle zwischen zwei
Teilen des Mikrophongehäuses 11. Die primären Signale passieren das Sieb 12 und Öffnungen 22 in
einer Resonatorplatte 23, um zur Vorderseite der Membran zu gelangen. Die auf der Rückseite eintretenden
Signale passieren ein die hinteren Öffnungen 21 abdeckendes Sieb 24, die gekrümmten Längskanäle
25 im äußeren Polstück und Öffnungen 26 in dem Widerstandsring 20, um zur Rückseite der
Membran 18 zu gelangen.
Auf diese an der Rückseite eintretenden Signale wird durch ein Netzwerk aus akustischen Kapazitäten,
Widerständen und Trägheitsmassen eingewirkt, um ihre Phase in geeigneter Weise so zu verschieben,
daß das Mikrophon die gewünschte einseitige Richtwirkung zeigt.
Gemäß den F i g. 2 bis 6 setzt sich die Membran, die aus dem unter der Handelsbezeichnung »My!or<;
erhältlichen Material bestehen kann, welches eine gute Steifigkeit, Elastizität und Festigkeit besitzt, aus
mehreren Kegelabschnitten zusammen und umfaßt einen inneren Kegelabschnitt und einen damit konzentrischen
äußeren Kegelabschnitt, wie er entsteht, wenn man um die Mikrophonachse ein Dreieck
rotieren läßt, das in einer radialen Ebene liegt, welche die Normalachse der Membran enthält; die genaue
Form der Membran geht am besten aus F i g. 3 hervor, wo der innere Kegelabschnitt mit 30 und der
äußere Kegelabschnitt mit 31 bezeichnet ist. Die Schwingspule 17 ist an der Stelle des Schnittkreises
32 der Basisteile 38, 39 und 41 der beiden Kegelabschnitte 30 und 31 an deren abgeflachtem Ende 40
an der Membran befestigt; die Kegelabschnitte 30 und 31 gewährleisten, daß keine flachen oder ebenen
kreisrunden Abschnitte vorhanden sind, die sich rechtwinkelig zur Ausbiegungsrichtung bzw. parallel
zur Normalachse der Membran erstrecken, so daß eine optimale Unterstützung der Schwingspule bei
minimaler Beanspruchung der Membran erzielt wird.
Neben den Kegelabschnitten sind zur weiteren Erhöhung der Starrheit und zur besseren Abstützung
der Schwingspule im Bereich des Schnittkreises, an dem die Schwingspule befestigt ist, in der Membran
radiale Verbindungsbrücken in Form von Ausprä-
gungen 33 vorgesehen, die Teile der Zone zwischen dem inneren und dem äußeren Kegelabschnitt überbrücken
und in den F i g. 4 und 5 im Schnitt gezeigt sind. Die Anordnung und Form der Ausprägungen
33 ist derart, daß sich eine symmetrische Anordnung um die Achsen der Membran herum ergibt; je nach
der gewünschten Konstruktion kann die Zahl der Brückenabschnitte jedoch einer Primzahl oder einer
größeren Zahl entsprechen. Hierdurch wird die Starrheit der Membran zwischen ihren Kegelabschnitten
weiter erhöht. Die radial verlaufenden Seitenwände 34 der radialen Verbindungsbrücken erstrecken
sich rechtwinkelig zur Ebene des Kreises, längs dessen die Schwingspule befestigt ist, wobei die
Seitenwände durch ein gewölbtes oberes Endteil 35 miteinander verbunden sind.
Wie insbesondere F i g. 3 zeigt, besteht die Membran 18 aus zwei Schichten 36 und 37, wobei sich
die Schicht 36 über die ganze Fläche des inneren Kegelabschnittes, die Basisverbindungsstelle, die
radialen Verbindungsbrücken und einen erheblichen Teil der radial auf der inneren Seite liegenden Fläche
des äußeren Kegelabschnittes erstreckt und auf der Vorderseite der Schicht 37 angeordnet ist, welche die
eigentliche Membran 18 bildet.
Wie F i g. 3 zeigt, sind die oberen Teile der Kegelabschnitte abgerundet. Diese abgerundeten oberen
Teile sind zur Aufrechterhaltung ihrer Steifigkeit mit als Sicken 42 in der Membran 18 ausgebildeten Versteifungen
am Scheitel des äußeren Kegelabschnittes versehen, wie es in F i g. 2 und 6 gezeigt ist. Diese
Sicken 42 haben eine allgemein dreieckige Querschnittsform, sind langgestreckt und verlaufen etwa
tangential zum Berührungskreis der Schwingspule mit der Membran.
Die geometrische Anordnung der Kegelabschnitte, der Schichten und der radialen Verbindungsbrücken
ist so gewählt, daß die Zonen der Membran, die axiale Schwingungen der Schwingspule zulassen, an
die radial innen- und radial außenliegenden Enden der sickenförmigen Versteifungen 42 am Scheitel des
äußeren Kegelabschnittes verlegt sind. Eine Durchbiegung der Membran erfolgt in erster Linie innerhalb
der radial am weitesten außenliegenden Fläche der Membran, während eine kleine Zone, die eine
Durchbiegung nur in einem sehr begrenzten Ausmaß zuläßt, an den inneren Enden der Sicken 42 vorhanden
ist.
Claims (7)
1. Mikrophonmembran aus biegsamem Material, dadurch gekennzeichnet, daß in
der Membran (18) in an sich bekannter Weise eine Vielzahl von konzentrischen Kegelabschnitten
(30, 31) ausgebildet ist und daß zur Verbindung von benachbarten Kegelabschnitten in Umfangsrichtung
verteilte radiale Verbindungsbrücken in Form von Ausprägungen (33) vorgesehen sind,
derart, daß die Verbindungsbrücken eine akustische Verbindung zwischen diesen konischen
Bereichen schaffen.
2. Mikrophonmembran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsbrücken radiale Seitenwände (34) aufweisen, die
sich im wesentlichen senkrecht zur Hauptebene der Membran (18) erstrecken.
3. Mikrophonmembran nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Endteil
(35) der Verbindungsbrücken (30) gewölbt ist.
4. Mikrophonmembran nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsbrücken nach oben sich höchstens bis zum oberen
Ende der Innenfläche des jeweiligen äußeren Kegelabschnittes (31) erstrecken.
5. Mikrophonmembran nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsabschnitte zwischen benachbarten Kegelabschnitten
abgeflacht und mit Versteifungen (42) versehen sind.
6. Mikrophonmembran nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise als
Sicken (42) in der Membran (18) ausgebildeten Versteifungen sich im wesentlichen in Umfangsrichtung
der Kegelabschnitte (30, 31) erstrecken.
7. Mikrophonmembran nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran zur
Erhöhung der Steifigkeit aus mehreren Schichten (36, 37) besteht, von denen mindestens eine
Schicht (36) sich nach außen nur bis zur Innenfläche (38) des äußersten ringförmigen Kegelabschnittes
erstreckt.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 835 757;
USA.-Patentschriften Nr. 1 917 012, 2 058 208.
Deutsche Patentschrift Nr. 835 757;
USA.-Patentschriften Nr. 1 917 012, 2 058 208.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
509 760/250 12.65 © Bundesdruckerei Berlin
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Family Applications (1)
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