DE2439634B1

DE2439634B1 - Anordnung zu gerichtetem schallempfang

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Publication number: DE2439634B1
Application number: DE19742439634
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-08-19
Filing date: 1974-08-19
Publication date: 1976-03-18
Also published as: ATA445675A; AT348606B; FR2282768B1; SE398189B; SE7506924L; FR2282768A1

Description

die Anordnung enthält mindestens zwei in

definiertem Abstand zueinander angeordnete

Schallempfänger (1, 1'...), mindestens ein ^Die Erfindung betrifft eine Anordnung zu genchte-

Phasenglied (3, 3'...) und mindestens einen ^{10 tem} Schallempfang.

Schaltungsteil (4, 4'...) zur Differenzbil- ^{Es ist} bekannt, zu gerichtetem Schallempfang eme

dung zwischen den elektrischen Darstellun- Anordnung von räumlich zueinander versetzten

gen der an den SchaUempfängern wirkenden Schallempfängern zu verwenden, wobei die Gesamt-

Schallfeldgrößen· anordnung je nach ihrem Aufbau ein Gradienten-

das Phasenglied'(3, 3'...) ist eine Schall- ¹S mikrofon erster oder höherer Ordnung darstellt. Die

strecke, die nicht jeweils die Wandlerfunk- Schallempfänger können koaxial hintereinander an-

tion der einzelnen Schallempfänger bestimmt. geordnet sein. Auch ist bekannt, die Schallempfänger

als sogenannte Empfängergruppe aufzubauen. Auch

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- Mischformen dieser Anordnungen sind vorgeschlakennzeichnet, daß Schaltungselemente vorgese- ao gen worden.

hen sind, durch die das Frequenzspektrum des Es ist auch eine Richtmikrofonanordnung mit drei

die Schallstrecke durchlaufenden Schalles gegen- in Richtung zur Schallquelle hintereinanderliegenden über dem originären Schallspektrum in ein höhe- gerichteten Wandlern bekannt, wobei der der Schallres Frequenzgebiet, vorzugsweise in das Ultra- quelle zunächst gelegene als Hauptwandler für das schallgebiet, transponiert und die Schallstrecke 25 ganze Frequenzband, der folgende als Wandler für entsprechend ausgebildet ist. die hohen Frequenzen und der zuletzt gelegene als

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- Wandler für die tiefen Frequenzen durch Einbeziekennzeichnet, daß drei Schallempfänger (1, Γ, 1") hung von Hoch- und Tiefpässen genutzt werden. Die und zwei Phasenglieder (3, 3') vorgesehen sind gegenseitigen Abstände der Wandler sind in der Ground daß ein Schallempfänger (Γ), vorzugsweise 30 ßenordnung der Wellenlänge (λ/2) der von ihnen zu der räumlich zwischen den beiden anderen (1, übertragenden Frequenzen gewählt, wodurch in Ver-1") gelegene mit jedem der anderen zur Bildung bindung mit einer in der elektrischen Zusammeneines Gradienten zusammengeschaltet ist derart, schaltung bewirkten Phasendrehung um 180° gegendaß dies mit dem einen (1) über ein Phasen- über dem Hauptwandler Schalleinfall aus einer Richglied (3), mit dem anderen (1") ohne ein solches 35 tung, die um 90° zur Hauptachse der Anordnung erfolgt, daß ferner bei dem in der Beschallungs- gedreht ist, zur Auslöschung der Signale des Hauptrichtung der Anordnung von vorn (A) zuletzt wandlers führt.

gelegenen Schallempfänger (1") vor der Zusam- Ein wesentlicher Nachteil dieser Richtmikrofon-

menschaltung ein weiteres Phasenglied (3') ein- anordnung ist, daß die geforderte Phasenbeziehung bezogen ist, und daß schließlich die so gewon- 40 (λ/2) exakt nur für eine diskrete Frequenz erfüllt ist, nenen Gradientenspannungen zur Bildung des so daß für Beschallung in Richtung der Hauptachse nächst höheren Gradienten zusammengeschaltet (von vorn) keine konstante Frequenzkurve erzielt sind. werden kann.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch ge- Durch Einbeziehung eines oder mehrerer Phasenkennzeichnet, daß im Zuge der Zusammenschal- 45 glieder kann eine vorzugsweise einseitige Richttung zur Bildung des Gradienten der nächst höhe- charakteristik der Gesamtanordnung bewirkt werden, ren Ordnung ein weiteres Phasenglied (7) vor- Hierbei wird die in der fortschreitenden Schallwelle gesehen ist. auftretende natürliche Phasenverschiebung durch die

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- mittels des Phasengliedes bewirkte künstliche Phakennzeichnet, daß alle Phasenglieder (3, 3'..., 50 senverschiebung bei bestimmten Einfallsrichtungen 7 ..., 10) in ihren Eigenschaften übereinstimmen. ganz oder teilweise kompensiert.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- Nun verlangt die physikalische Korrelation der kennzeichnet, daß die Funktion übereinstimmen- Elemente einer solchen Anordnung zu gerichtetem der Phasenglieder der Anordnung durch eine Schallempfang eine sehr weitgehende Übereinstimeinzige Schallstrecke (Fig. 2, a) bewirkt ist, wo- 55 mung in allen Parametern und somit auch die gebei das jeweils mit einem Phasenglied verknüpfte naue Entsprechung der natürlichen und künstlichen spezielle Schallspektrum in ein höheres Frequenz- Phasenverschiebung. Diese Forderung an das Phasengebiet transponiert wird derart, daß das die glied konnte bisher nicht erfüllt werden. Für ein Schallstrecke (a) passierende Spektrum die An- Gradientenmikrofon höherer Ordnung ist noch keine einanderreihung aller speziellen Spektren dar- 60 in der Praxis befriedigende Lösung gefunden worstellt, wobei vorzugsweise jeweils das untere Sei- den.

tenband oder das untere Seitenband und der Trä- Erfindungsgemäß wird nun die Lösung dieses Proger unterdrückt sind. blems durch die folgende Kombination erzielt:

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallstrecke (α) so ausge- 65 die Anordnung enthält mindestens zwei in defibildet ist, daß ihre wirksame Länge kontinuier- niertem Abstand zueinander angeordnete Schalllich oder in Stufen verändert werden kann. empfänger, mindestens ein Phasenglied und min-

8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- destens einen Schaltungsteil zur Differenzbil-

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dung zwischen den elektrischen Darstellungen Ordnung kann nach einer weiteren Ausgestaltung der der an den Schallempfängern wirkenden Schall- Erfindung dadurch erzielt werden, daß die Schallfeldgrößen; strecke so ausgebildet ist, daß ihre wirksame Länge das Phasenglied ist eine Schallstrecke, die nicht kontinuierlich oder in Stufen verändert werden kann, die einzelne Wandlerfunktion der Schallemp- 5 Weitestgehende Übereinstimmung der Schallempfänger bestimmt, fänger wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung erzielt, wenn die Schallempfänger Gradienten-

Das Phasenglied gemäß der Erfindung zeigt nun mikrofone nullter Ordnung sind,

einen entscheidenden Vorteil gegenüber den bisher Schließlich kann ein Gradientenmikrofon dritter

bekannten Phasengliedern, insofern, als das die io Ordnung bewirkt werden, wenn nach einer weiteren

natürliche Phasenverschiebung bewirkende physika- Ausbildung der Erfindung die Schallempfänger der

lische Phänomen nun auch für die künstliche Phasen- Anordnung Gradientenmikrofone erster Ordnung

verschiebung in Anspruch genommen ist, so daß die sind.

Forderungen für Gruppenlaufzeit und frequenzab- Die Schallempfänger der erfindungsgemäßen Anhängige Phasenverschiebung stets exakt erfüllt sind. 15 Ordnung zu gerichtetem Schallempfang können ma-Diese Lösung ist kompromißlos. Zugleich ist die gnetische, dynamische, piezoelektrische, elektrosta-Einstellung der künstlichen Phasenverschiebung auf tische und andere Mikrofone sein. Im Falle der Andie einfache Justierung einer Strecke zurückgeführt. wendung von elektrostatischen Schallempfängern Die Schallstrecke kann nun in einem festen oder können diese in Niederfrequenzschaltung mit oder flüssigen Medium, in Luft oder in einem anderen ao ohne Elektret oder auch in Hochfrequenzschaltung gasförmigen Medium verlaufen. betrieben sein.

Besondere Vorteile ergeben sich gemäß einer wei- Die Erfindung soll nachfolgend mit Hilfe der

teren Ausbildung der Erfindung dann, wenn Schal- Zeichnung an Hand von einigen Beispielen näher

tungselemente vorhanden sind, durch die das Fre- beschrieben werden. Die Figuren zeigen

quenzspektrum des die Schallstrecke durchlaufenden »5 F i g. 1 eine Anordnung mit drei Schallempfängern,

Schalles gegenüber dem originären Schallspektrum in F i g. 2 eine Anordnung mit vier Schallempfängern,

ein höheres Frequenzgebiet, vorzugsweise in das F i g. 3 ein als Ultraschallstrecke aufgebautes Pha-

Ultraschallgebiet, transponiert und die Schallstrecke senglied,

entsprechend ausgebildet ist. F i g. 4 eine auf verschiedene Richtcharakteristiken

In Weiterbildung der Erfindung ist eine Anord- 30 umstellbare Anordnung.

nung zur Erzielung eines Gradientenmikrofones höhe- In den verschiedenen Figuren sind sich entspre-

rer Ordnung so aufgebaut, daß drei Schallempfän- chende Teile mit den gleichen Bezugszeichen ver-

ger und zwei Phasenglieder vorgesehen sind, und sehen.

daß ein Schallempfänger, vorzugsweise der räum- Die in F i g. 1 dargestellte Anordnung, deren Schallich zwischen den beiden anderen gelegene, mit 35 tung als Transistorschaltung ausgebildet ist, hat drei jedem der anderen zur Bildung eines Gradienten zu- in den Parametern weitestgehend übereinstimmende sammengeschaltet ist derart, daß dies mit dem einen Schallempfänger 1,1' und 1", die koaxial in gleichem über ein Phasenglied, mit dem anderen ohne ein Abstand hintereinander angeordnet sind. Bei den in solches erfolgt, daß ferner bei dem in Beschallungs- diesem Beispiel unterstellten Kondensatormikrofonen richtung der Anordnung von vorn zuletzt gelegenen 40 in Niederfrequenzschaltung möge im Schallempfänger Schallempfänger vor der Zusammenschaltung ein jeweils eine Impedanzwandlerstufe, beispielsweise weiteres Phasenglied einbezogen ist, und daß schließ- mit einem Feldeffekttransistor räumlich einbezogen lieh die so gewonnenen Gradientenspannungen zur sein. Der eine natürliche Phasenverschiebung bewir-Bildung des nächst höheren Gradienten zusammen- kende effektive Schallweg von der Vorderseite der geschaltet sind. 45 Membrane des Schallempfängers 1 zu der Vorder-Eine Steigerung der Richtschärfe der beschriebe- seite der Membrane des Schallempfängers 1' bzw. der nen Anordnung kann gemäß einer weiteren Ausbil- übereinstimmende effektive Schallweg von 1' zu 1" dung der Erfindung dadurch erzielt werden, daß im sei a. Die Beschallungsrichtung ist mit A bezeichnet. Zuge der Zusammenschaltung zur Bildung des Gra- Die Schaltungsteile 2, 2' und 2" sind im Aufbau überdienten der nächst höheren Ordnung ein weiteres 50 einstimmende Verstärker, den Schaltungszügen der Phasenglied vorgesehen ist. Schallempfänger 1, Γ und 1" zugeordnet und regel-Optimale Ergebnisse, insbesondere für die zuvor bar. Außer der Verstärkung soll damit ein für alle beschriebene Anordnung, werden dann erreicht, wenn drei Schaltungszüge gleicher Pegel eingeregelt weralle Phasenglieder der Anordnung in ihren Eigen- den können. Da unter anderem dieser Pegel das Verschaften übereinstimmen. 55 hältnis der Nutz- zur Störspannung der Anordnung In Weiterbildung der Erfindung wird die Funk- bestimmt, sind diese Schaltungsteile mit dem erfortion übereinstimmender Phasenglieder der Anord- derlichen Verstärkungsgrad ausgelegt,
nung durch eine einzige Schallstrecke bewirkt, wobei In den Schaltungsteilen 4 und 4' wird durch Diffedas jeweils mit einem Phasenglied verknüpfte spe- renzbildung die elektrische Darstellung des Gradienzielle Schallspektrum in ein höheres Frequenzgebiet 60 ten der an den Schallempfängern 1 und 1' (1. Gratransponiert wird, derart, daß das die Schallstrecke dientensystem) bzw. Γ und 1" (2. Gradientensystem) passierende Spektrum die Aneinanderreihung aller als Antrieb wirkenden Schallfeldgrößen erzielt, wospeziellen Spektren darstellt, wobei vorzugsweise je- bei in dem Schaltungszug des Schallempfängers 1' weils das untere Seitenband oder das untere Seiten- bzw. 1" das Phasenglied 3 bzw. 3' einbezogen ist. band und der Träger unterdrückt sind. Auf diese 65 Diese Phasenglieder bewirken die einseitige oder vor-Weise ist die Korrelation aller übereinstimmender zugsweise einseitige Richtcharakteristik der Anord-Ph^englieder der Anordnung gewährleistet. nung, je nachdem, ob die natürliche Phasenverschie-Eine Änderung der Richtcharakteristik der An- bung ganz oder teilweise kompensiert ist. Die Pha-

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senglieder 3 und 3' sind erfindungsgemäß Schallstrek- Schaltungsausgang B führt. Die Arbeitsweise dieser ken, und zwar im gewählten Beispiel Ultraschall- Anordnung ist sinngemäß analog zu derjenigen der strecken in Luft, wobei die die künstliche Phasenver- Anordnung nach Fig. 1, so daß sich eine weitergeschiebung bewirkenden Schallwege in diesem Beispiel hende Beschreibung dieses Ausfuhrungsbeispiels ergleich sind und dem effektiven Schallweg α ent- S übrigt.
sprechen. In diesem Fall wie auch in jeder anderen analogen

Die in den Schaltungsteilen 4 und 4' auch verstärk- Anordnung ist es nur durch Anwendung dieses Printen Spannungen weisen der Gradientenfunktion ent- zips möglich, auch bei einer koaxialen Anordnung sprechend eine mit ω ansteigende Frequenzkurve auf. der Schallempfänger keine Reduzierung der oberen Die Kompensation auf eine konstante Frequenzkurve io Grenzfrequenz der Gesamtanordnung hinnehmen zu erfolgt in den Schaltungsteilen 5 und 5' durch ihren müssen.

Ι/ω-Frequenzgang. Für die Spannungen der beiden In Fig. 3 ist ein Beispiel für den Aufbau einer

Gradientensysteme wird nun die Differenzbildung Ultraschallstrecke als Phasenglied in Seitenansicht

mittels des Schaltungsteils 6 durchgeführt, wobei mit- gezeigt.

tels des die Kompensation bewirkenden Schaltungs- 15 Ultraschallgeber 21 und Ultraschallempfänger 22

teils 8 am Schaltungsausgang B der Anordnung eine sind elektrostatische Wandler vorzugsweise nach dem

konstante Frequenzkurve erzielt ist. sellschen Prinzip. Ihre Membranen 23 und 24 sind

Das im Schaltungszug des 2. Gradientensystems einander zugewandt. Der Geber 21 ist auf dem festliegende Phasenglied 7 ist in diesem Beispiel eben- stehenden Spindellager befestigt, das Teil der Grundfalls eine Ultraschallstrecke. Durch sie kann die 20 platte 13 ist. Der Empfänger 22 ist auf dem Schlitten Richtschärfe der Anordnung durch Änderung der 14, der das andere Spindellager trägt, befestigt Die wirksamen Länge der Strecke variiert werden. Zu die- schwalbenschwanzförmige Nase 15 des Spindellagers sem Zweck ist diese Schallstrecke so ausgebildet, daß 14 ist in einer Längsnut 16 der Grundplatte geführt. sie konitinuierlich oder in Stufen verändert werden Die Drehung der feingängigen, selbsthemmenden kann. Im besonderen Fall kann das Phasenglied 7 25 Spindel 17 wird mittels des Rändelstückes 18 bewirkt, auch fehlen. Zweckmäßig befindet sich der beschriebene Aufbau

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung zu ge- in einem Gehäuse 19, dessen Innennachen mit Abrichtetem Schallempfang mit drei Schallempfängern Sorptionsmaterial 20 belegt sind. Durch diese Maßmuß der effektive Schallweg vom Schallempfänger 1 nähme werden Reflexionseinflüsse ausgeschaltet. zum Schallempfänger 1' bzw. von 1' zu 1" und auch 30 Selbstverständlich kann für das Phasenglied auch jevom 1. Gradientensystem (1-1') zum 2. Gradienten- der andere geeignete mechanische Aufbau vorgesehen system (l'-l") völlig übereinstimmen, wenn für die werden.

Gesamtanordnung dieselbe obere Grenzfrequenz er- Erforderlichenfalls können die Schaltungselemente

zielt sein soll wie für die einzelnen Gradienten- für Oszillator, Modulator, Demodulator und die Ver-

systeme, die durch den Schallbeugungsweg α bestimmt 35 stärker in das Gehäuse einbezogen sein.

ist. Dies ist aber nur möglich, wenn gemäß der Er- Der Oszillator des Aufbaues kann gleichzeitig auch

findung der eine räumlich zwischen den beiden an- für eine Gleichspannungswandlung zur Erzeugung der

deren gelegene Schallempfänger in das 1. Gradienten- Polarisationsspannungen für die Schallempfänger der

system und gleichzeitig auch in das 2. Gradientensy- Anordnung sowie für die Polaristionsspannungen für

stem einbezogen ist. Jede andere Konzeption wäre 40 Ultraschallgeber und Ultraschallempfänger genutzt

nicht rotationssymmetrisch und führt deshalb zu werden.

Schallfeldstörungen. In Fig. 4 ist die Anordnung der Fig. 1 insofern

Selbstverständlich kann das dargestellte Prinzip, abgewandelt, als Maßnahmen vorgesehen sind, durch einen Schallempfänger gleichzeitig in verschiedene die ein in den Richtcharakteristiken umschaltbares Gradientensysteme einzubeziehen, auch bei Anord- 45 Mikrofon erzielt wird. Die einzelnen Kanäle endigen nungen mit mehr als drei Schallempfängern — sinn- jeweils an Kontaktanordnungen I bis V bzw. b bis g gemäß erweitert — Anwendung finden. So können eines Vielfachschalters, wobei sich in den einzelnen beispielsweise bei einer Anordnung mit vier in glei- Schalterstellungen folgende Richtcharakteristiken erchem Abstand α angeordneten Schallempfängern, wie geben für den Fall, daß die Schallempfänger der Aneine solche in Fig. 2 dargestellt ist, die Schallemp- 50 Ordnung Gradientenmikrofone nullter Ordnung sind, fänger 1' und 1" mit den ihnen zugeordneten Schal- In der Schaltstellung I erhält man als Richtcharaktungsteilen 2', 2", 3', 4' und 5' in das nachfolgende teristik eine Kugelcharakteristik. In Stellung Π ist die von den Schallempfängern 1" und 1'" gebildete Gra- Richtcharakteristik eine Achtcharakteristik, sofern dientensystem einbezogen sein. Dies bedingt, daß zu- gleichzeitig b und c miteinander verbunden sind. In sätzlich zu einer Anordnung nach F i g. 1 noch der 55 Stellung III ist die Richtcharakteristik eine Nieren-Verstärker 2'", die als Schallstrecken, beispielsweise charakteristik, wenn gleichzeitig c und d miteinander Ultraschallstrecken aufgebauten Phasenglieder 3", 7' verbunden sind. In Stellung IV erhält man im Falle und 10, die zur Differenzbildung dienenden Schal- der Verbindung von e und / die Richtcharakteristik tungsteile 4" und 6' sowie die Kompensations- eines Gradientenmikrofons zweiter Ordnung, ebenso glieder 5" und 8' eingeführt werden müssen. Zur Dif- 60 in Stellung V im Falle der Verbindung von / mit g. ferenzbildung in der letzen Stufe dient das Schal- Die Richtcharakteristik in Stellung V besitzt gegentungsteil 9, an welches das Schatungsteil 11 zur Korn- über der Richtcharakteristik in Stellung IV eine gröpensation der Frequenzkurve anschließt und zum ßere Richtschärfe.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 kennzeichnet, daß die Schallempfänger (1,1'...) Patentansprüche: Gradientenmikrofone nullter Ordnung sind. 9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge-

1. Anordnung zu gerichtetem Schallempfang, kennzeichnet, daß die Schallempfänger (1, Γ...) gekennzeichnet durch die Kombination 5 Gradientenmikrofone erster Ordnung sind, folgender Merkmale: