DE2439331B2 - Richtmikrofonanordnung - Google Patents

Description

der nächst höheren Ordnung zusammengeschaltet sind.

Mit einer solchen Anordnung ist die einwandfreie Lösung des Problems erzielt Eu zusätzlicher Vorteil dieser Lösung liegt darin, daß die Anzahl der für eine solche Richtmikrofonanordnung erforderlichen Schallempfänger reduziert ist

Gemäß der weiteren Erfindung wird nun eine größere Richtschärfe der Anordnung dadurch erzielt, daß die beiden aus drei aufeinanderfolgenden Schallempfängern oder aus drei aufeinanderfolgenden zur Gradientendarstellung dienenden Schaltungsteilen gewonnenen Gradientenspannungen in dem zur Bildung eines Gradienten höherer Ordnung dienenden Schaltungstei! derart zusammengeschaltet sind, daß die von den bezogen auf die Schalleinfallsrichtung von vorn weiter hintenliegenden Schallempfängern bzw. Gradienten bildenden Schaltungsteilen gewonnene Gradientenspannung über ein Phasenglied und die von den in Schalleinfallsrichtung von vorn vorne liegenden Schallempfängern bzw. Gradienten bildenden Schaltungsteilen gewonnene Gradientenspannung ohne Zwischenschaltung eines Phasengliedes an den zur Bildung eines Gradienten der nächst höheren Ordnung dienenden Schaltungsteil angelegt sind.

In Weiterführung der Erfindung wird die Richtmikrophonanordnung so ausgebildet, daß die Schallempfänger Gradientenmikrophone nul'.ter Ordnung sihd.

Schließlich wird gemäß der weiteren Erfindung die Anordnung so aufgebaut, daß die Schallempfänger Gradientenmikrophone erster Ordnung sind.

Die Schallempfänger der erfindungsgemäßen Anordnung können magnetische, dynamische, piezoelektrische, elektrostatische und andere Mikrophone sein. Im Falle der Anwendung von elektrostatischen Schallempfängern können diese in Niederfrequenzschaltung mit oder ohne Elektret oder auch in Hochfrequenzschaltung betrieben sein.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Beispielen näher beschrieben werden.

in der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Anordnung gemäß der Erfindung mit drei Schallempfängern,

F i g. 2 ein^! Anordnung mit vier Schallempfängern.

Die in F i g. 1 dargestellte Anordnung, deren Schaltung als Transistorschaltung ausgebildet ist. hat drei in den Parametern weitestgehend übereinstimmende Schallempfänger 1, 1' und 1", die koaxial in gleichem Abstand hintereinander angeordnet s'nd. Bei den in diesem Beispiel unterstellten KondensatormiKrophonen in Niederfrequenzschaltung soll im Schallempfänger jeweils eine Impedanzwandlerstufe, beispielsweise mit einem Feldeffekttransistor räumlich einbezogen sein. Der eine natürliche Phasenverschiebung bewirkende effektive Schallweg (Beugungsweg) von der Vorderseite der Membrane des Schallempfängers 1 zu der Vorderseite der Membrane des Schallempfängers Γ bzw. der übereinstimmende effektive Schallweg von Γ zu t" sei a. Die Beschallungsrichtung ist mit A bezeichnet. Die Schaltungsteile 2, 2' und 2" sind im Aufbau übereinstimmende Verstärker, die den Schal

tungszügen der Schallempfänger 1,1' und 1" zugeordnet und regelbar sind.

Außer der Verstärkung soll damit ein für alle drei Schaltungszüge gleicher Pegel eingeregelt werden können. Da unter anderem dieser Pegel das Verhältnis der Nutz- zur Störspannung der Anordnung bestimmt, sind diese Schaltungsteile mit dem erforderlichen Verstärkungsgrad ausgelegt

In den Schaltungsteilen 4 und 4' wird durch Differenzbildung die elektrische Darstellung des Gradienten der an den Schallempfängern 1 und 1' (1. Gradientensystem) bzw. 1' und 1" (Z Gradientensystem) als Antrieb wirkenden Schallfeldgrößen erzielt, wobei in dem Schaltungszug des Schallempfängers Γ bzw. 1" das Phasenglied 3 bzw. 3' einbezogen ist Diese Phasenglieder bewirken die einseitige oder vorzugsweise einseitige Richtcharakteristik der Anordnung, je nachdem, ob die natürliche Phasenverschiebung ganz oder teilweise kompensiert ist.

Die in den Schaltungsteilen 4 und 4' auch verstärkten Spannungen weisen der Gradientenfunktion entsprechend eine mit ω ansteigende Frequenzkurve auf. Die Kompensation auf eine konstante Frequenzkurve erfolgt in den Schaltungsteilen 5 und 5' durch ihren 1/ω-Frequenzgang. Für die Spannungen der beiden Gradientensysteme wird nun die Differenzbildung mittels des Schaltungsteiles 6 durchgeführt, wobei mittels des die Kompensation bewirkenden Schaltungsteiles 8 am Schaltungsausgang B der Anordnung eine konstante Frequenzkurve erzielt ist

in dem Schaltungszug des 2. Gradieniensystems liegt das Phasenglied 7.

Selbstverständlich kann das dargestellte Prinzip, einen Schallempfänger gleichzeitig in verschiedene Gradientensysteme einzubeziehen, auch bei Anordnungen mit mehr als drei Schallempfängern — sinngemäß erweitert — Anwendung finden. So können beispielsweise bei einer Anordnung mit vier in gleichem Abstand (a) angeordneten Schallempfängern, wie eine solche in F i g. 2 dargestellt ist, die Schallempfänger 1' und \" mit den ihnen zugeordneten Schaltungsteilen 2', 2", 3'. 4' und 5' in das nachfolgende von den Schallempfängern 1" und Γ" gebildete Gradientensystem einbezogen sein. Dies bedingt, daß zusätzlich zu einer Anordnung nach F i g. 1 noch der Verstärker 2'", ferner die Phasenglieder 3", T und 10, die zur Differenzbildung dienenden Schaltungsteile 4" und 6' sowie die Kompensation^glieder 5" und 8' eingeführt werden müssen. Zur Differenzbildung in der letzten Stufe dient das Schaltungsteil 9, an welches das Schaltungsteil Il zur Kompensation der Frequenzkurve anschließt und zum Schaltungsausgang B führt. Die Arbeitsweise dieser Anordnung ist sinngemäß analog zu derjenigen der Anordnung nach F i g. 1, so daß sich eine weitergehende Beschreibung dieses Ausführungsbeispieles erübrigt.

In diesem Fall wie auch in jeder anderen analogen Anordnung ist es nur bei Anwendung dieses Prinzips möglich, auch bei einer koaxialen Anordnung der Schallempfänger keine Reduzierung der oberen Grenzfrequenz der Gesamtanordnung hinnehmen zu müssen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Richtmikrofonanordnung mit mindestens drei in ^ Richtung zur Schallquelle hintereinander liegenden iSchallempfängern, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei aufeinander folgende Schallempfänger (z. B. 1,1' oder 1', 1") in einem zur "elektrischen Darstellung eines Gradienten geeigneten Schaltungsteil (z.B. 4, 4') zusammengeschaltet ι ο sind, und daß jeweils der mittlere Schallempfänger (z. B. 1') von drei aufeinander folgenden Schallempfängern (z.B. 1, 1', 1") mit dem zum in der Schalleinfallsrichtung von vorn (A) vorne liegenden Schallempfängern (z. B. 1) führenden der Gradientendarstellung dienenden Schaltungsteil (z. B. 4) über ein Phasenglied (z. B. 3) und mit dem zum bezogen auf die Schalleinfallsrichtung von vorn (A) hinten liegenden Schallempfänger (z. B. 1") führenden der Gradientendarstellung dienenden Schaltungsteil (z. B. 4') ohne Zwischenschaltung eines Phasengliedes verbunden ist, und daß schließlich die beiden so gewonnenen Gradientenspannungen in einem weiteren Schaltungsteil (z.B. 6) zur Bildung eines Gradienten der nächst höheren Ordnung zusam- 2s mengeschaltet sind.

2. Richtmikrofonanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Schallempfänger (1, IM" ...) koaxial angeordnet sind.

3. Richtmikrofonanordnung nach Anspruch 2, ^o dadurch gekennzeichnet, daß die Schallempfänger (1, Γ, 1"...) in gleichem Abstand (a) zueinander angeordnet sind.

4. Richtmikrofonanordnung, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden aus drei -0 aufeinander folgenden Schallempfängern (z. B. 1, Γ, 1") oder aus drei aufeinanderfolgenden zur Gradientendarstellung dienenden Schaltungsteilen (z. B. 4,4', 4") gewonnenen Gradientenspannungen in dem zur Bildung eines Gradienten höherer Ordnung dienenden Schaltungsteil (z. B. 6 bzw. 9) derart zusammengeschaltet sind, daß die von dem bezogen auf die Schalleinfallsrichtung von vorn (A) weiter hinten liegenden Schallempfängern (z.B. 1', 1") bzw. Gradienten bildenden Schaltungsteilen (z. B. 4', 4") gewonnene Gradientenspannung über ein Phasenglied (z. B. 7 bzw. 10) und die von den in Schalleinfallsrichtung von vorn (A) vorne liegenden Schallempfängern (z. B. 1, 1") bzw. Gradienten bildenden Schaltungsteilen (z. B. 4, 4') gewonnene so Gradientenspannung ohne Zwischenschaltung eines Phasengliedes an den zur Bildung eines Gradienten der nächst höheren Ordnung dienenden Schaltungsteil (z. B. 6 bzw. 9) angelegt sind.

5. Richtmikrofonanordnung nach Anspruch 4, ss dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche in der Anordnung vorhandenen Phasenglieder (3, 3'..., 7.... 10) übereinstimmen.

6. Richtmikrofonanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallempfänger (_)O (1, Γ ...) Gradientenmikrofone nullter Ordnung sind.

7. Richtmikrofonanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallempfänger (1, Γ...) Gradientenmikrofone erster Ordnung sind.

Die Erfindung betrifft eine Richtmikrofonanordnung mit koaxial hintereinander angeordneten Schallempfängern, wobei jeweils zwei räumlich aufeinanderfolgende Schallemfpänger ein Gradientensystem bilden.

Anordnungen dieser Art sind bekannt Es ist auch bekannt, mit zwei Gradientensystemen dieser Art ein Gradientenmikrofon höherer Ordnung aufzubauen. Bei dieser Richtmikrofonanordnung mit vier Schallempfängern sind in der Regel auch Phasenglieder einbezogen, um eine vorzugsweise einseitige Richtcharakteristik zu erzielen.

Es ist auch eine Richtmikrofonanordnung mit drei in Richtung zur Schallquelle hintereinanderliegenden gerichteten Wandlern bekannt, wobei der der Schallquelle zunächst gelegene als Hauptwandler für das ganze Frequenzband, der folgende als Wandler für die hohen Frequenzen und der zuJetzt gelegene als Wandler für die tiefen Frequenzen durch Einbeziehung von Hoch- und Tiefpässen genutzt werden. Die Abstände zwischen dem Hauptwandler und den Wandlern mit reduziertem Obertragungsbereich sind in der Größenordnung der Wellenlänge (λ/2) der von den letzteren zi übertragenden Frequenzen gewählt, wodurch in Verbindung mit einer in der elektrischen Zusammenschaltung bewirkten Phasendrehung um 180° gegenüber dem Hauptwandler Schalleinfall aus einer Richtung, die um 90° zur Hauptachse der Anordnung gedreht ist, zur Auslöschung der Signale des Hauptwandlers führt.

Ein wesentlicher Nachteil dieser Richtmikrofonanordnung ist, daß die geforderte Phasenbeziehung (λ/2) exakt nur für eine diskrete Frequenz erfüllt ist, so daß für Beschallung in Richtung der Hauptachse (von vorn) keine konstante Frequenzkurve erzielt werden kann.

Der Schallbeugungsweg zwischen den Schallempfängern eines Gradientensystems bestimmt seine obere Grenzfrequenz. Bei dieser Grenzfrequenz entspricht im Falle einer einseitigen Richtcharakteristik der Anordnung die λ/4-Länge dem Beugungsweg. Nun ist für eine Richtmikrofonanordnung mit vier zu zwei übereinstimmenden Gradientensystemen zusammengefaßten Schallempfängern die maximal mögliche Grenzfrequenz, nämlich die des einzelnen Gradientensystems nie zu erreichen. Hierzu müßte der zweite und dritte Schallempfänger der Anordnung exakt am gleichen Ort des Schailfeldes angeordnet sein. Dies ist physikalisch unmöglich. Jede andere Lösung scheitert an den mit ihr verbundenen Schallfeldstörungen. In diesem Sachverhalt liegt der wesentliche Grund dafür, daß es bisher keine brauchbare Richtmikrofonanordnung dieser Art für ein Gradientenmikrofon höherer Ordnung gibt.

Erfindungsgemäß wird nun eine Richtmikrofonanorc! nung mit mindestens drei in Richtung zur Schallquelle hintereinanderliegender Schallempfängern so aufgebaut, daß jeweils zwei aufeinanderfolgende Schallempfänger in einem zur elektrischen Darstellung eines Gradienten geeigneten Schaltungsteil zusammengeschaltet sind, und daß jeweils der mittlere Schallempfänger von drei aufeinanderfolgenden Schallempfängern mit dem zum in der Schalleinfallsrichtung von vorn vorne liegenden Schallempfänger führenden der Gradientendarstellung dienenden Schaltungsteil über ein Phasenglied und mit dem zum bezogen auf die Schalleinfallsrichtung von vorn hintenliegenden Schallempfänger führenden der Gradientendarstellung dienenden Schaltungsteil ohne Zwischenschaltung eines Phasengliedes verbunden ist, und daß schließlich die beiden so gewonnenen Gradientenspannungen in einem weiteren Schaltungsteil zur Bildung eines Gradienten