DE2821617C2

DE2821617C2 - Mikrophon mit einer Anordnung zur Unterdrückung von Körperschall

Info

Publication number: DE2821617C2
Application number: DE2821617A
Authority: DE
Inventors: Heinz Wien Renner
Original assignee: AKG Akustische und Kino Geraete GmbH
Current assignee: AKG Acoustics GmbH
Priority date: 1977-05-26
Filing date: 1978-05-18
Publication date: 1983-04-21
Also published as: AT350649B; FR2392571A1; JPS579279B2; ATA376477A; US4199667A; FR2392571B1; DE2821617A1; GB1591218A; JPS53147525A

Description

Die Erfindung betrifft ein Mikrophon der im Oberbegriff des Anspruches 1 näher bezeichneten Art.

Zur Bekämpfung von Körperschall, der durch t>o mechanische Erschütterung eines Mikrophons, beispielsweise durch Berührung oder Anstoßen an einen anderen Gegenstand, durch Bewegungen des Mikrophonkabels oder durch die Reibung des Mikrophongehäuses an der Kleidung des Benutzers (z. B. bei tv> Lavaliermikrophonen) verursacht werden, gibt es im wesentlichen zwei Möglichkeiten, von denen jede für sich oder auch in Kombination mit der anderen

verwendbar ist

Die eine Möglichkeit besteht darin, die Mikrophonkapsel im Mikrophongehäuse elastisch zu lagern, von welcher Anordnung häufig Gebrauch gemacht wird. Eingehende Untersuchungen haben aber ergeben, daß damit keine befriedigende Lösung zu erreichen ist Eine ausreichende Dämpfung tritt nämlich erst oberhalb der Einspannresonanz der elastisch gelagerten Mikrophonkapsel auf. Für eine wirkungsvolle Dämpfung der größtenteils im tieffrequenten Bereich liegenden Störungen wäre es daher wünschenswert die Einspannfrequenz möglichst tief, vorzugsweise unter die tiefste zu übertragende Frequenz, zu legen.

Dies bereitet aber bei der hohen Qualität moderner Mikrophone; deren Frequenzbereich etwa von 30 Hz bis 20 kHz reicht erhebliche Schwierigkeiten, denn je tiefer die Einspannresonanzfrequenz gelegt wird, umso geringer wird die mechanische Stabilität der Anordnung, so daß es zu Taumelbewegungen und übergroßen Auslenkungen der Kapsel im Mikrophongehäuse kommen kann, was unter Umständen zu mechanischen Schäden der Anordnung führt Bei den bekannten Anordnungen liegt die Einspannresonanz etwa in einem Bereich zwischen 50 und 300 Hy., also noch innerhalb des üblicherweise zu übertragenden Frequenzbandes. Es ist daher offensichtlich, daß mit der an sich einfachen elastischen Lagerung einer Mikrophonkapsel in einem Übergehäuse keine befriedigende Lösung des Problems, nämlich das Auftreten von Störspannungen bei Erschütterungen des Mikrophons breitbandig zu verhindern, erreicht werden kann.

Die zweite Möglichkeit, derartige Störspannungen zu bekämpfen, ist die Kompensationsmethode. Bei dieser wird mit der in einem Gehäuse gelagerten Mikrophonkapsel ein zweites Wandlersystem gekoppelt, das gegenüber dem Nutzschall inaktiv ist, und das so angeordnet und gebaut ist, daß es beim Auftreten mechanischer Erschütterungen die gleichen elektrischen Signale liefert wie das zur Umsetzung des Nutzschalles vorgesehene System. Die Ausgänge beider Mikrophonkapseln werden elektrisch entgegengesetzt zusammengeschaltet, so daß sich die durch die mechanischen Erschütterungen erzeugten Signale gegenseitig aufheben.

Der zur Erzeugung der elektrischen Kompensationsgröße notwendige Wandler kann beispielsweise völlig symmetrisch zum Nutzschallempfänger aufgebaut und mit diesem in einer gemeinsamen Anordnung, jedoch gegen den Nutzschall abgeschirmt, kombiniert sein, wobei die gesamte Anordnung gegebenenfalls noch in einem Mikrophongehäuse elastisch gelagert sein kann. Man kann aber auch einen Wandler zur Kompensation heranziehen, bei dem ein zur Umsetzung des Körperschalls in elektrische Größen notwendiger Teil des Wandlersystems an dem elastisch im Mikrophongehäuse gelagerten und den Nutzschall aufnehmenden elektroakustischen Wandler starr befestigt ist, wogegen der zweite Teil des Kompensationswandlersystems starr mit dem Mikrophongehäuse in Verbindung steht. Das durch Relativbewegung der beiden Teile des Kompensationswandlersystems entstehende elektrische Signal wird in Gegenphase dem zur Nutzschallwandlung dienenden Wandler zugeführt.

Der Nachteil der bekannten Kompensationsanordnung besteht darin, daß sie einen zweiten Wandler erfordern und gegebenenfalls eine sorgfältige Abstimmung beider Systeme über einen größeren Frequenzbereich vorgenommen werden muß. Im allgemeinen läßt

sich mit der Kompensationsmethode eine gute Bedämpfung der Störgeräusche erzielen, es darf aber dabei nicht übersehen werden, daß der Übertragungsfaktor gegenüber herkömmlichen, nicht kompensierten Mikrophonen etwa auf die Hälfte reduziert wird. Eine Verringerung dieses Nachteiles läßt sich nur durch eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Schallumwandlung erreichen, was aber auch nur innerhalb gewisser Grenzen möglich ist und überdies einen Mehraufwand erfordert.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Mikrophon mit einer Anordnung zur Unterdrückung von Körperschall zu schaffen, die die Nachteile der bekannten Kompensationsmaßnahmen nicht aufweist, mindestens aber dieselbe Wirksamkeit besitzt wie diese, jedoch keinen zwei'.en, die Kompensationsspannung liefernden elektroakustischen Wandler benötigt.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst

Dabei ist unter dem im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 verwendeten Begriff »Logarithmisches Dekrement« bekanntlich jene Dämpfung zu verstehen, die bei gedämpften Sinusschwingungen als natürlicher Logarithmus des Verhältnisses zweier aufeinanderfolgender Ausschläge nach derselben Seite dargestellt wird.

Bei der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung wurde von dem Gedanken ausgegangen, daß es zweckmäßiger sei, die elektrischen Störsignale unmittelbar an jener Stelle zu kompensieren, an der sie auftreten, nämlich in dem den Nutzschall aufnehmender. Wandler selbst. Dadurch entfällt das bei den bekannten Anordnungen notwendige zweite Wandlersystem und dessen Abschirmung gegenüber dem äußeren Schallfeld. In weiter Folge ergibt sich durch den Fortfall des Kompensationswandlers bei der erfindungsgemäßen Anordnung dieselbe Empfindlichkeit bei der Umsetzung des Nutzschalles in elektrische Signale wie bei herkömmlichen Mikrophonen ohne Geräuschkompensation. Außerdem ist es möglich, aus demselben Grunde die erfindungsgemäße Anordnung mit kleineren Abmessungen herzustellen, als sie die bekannten Anordnungen aufweisen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß bei der erfindungsgemäßen Anordnung eine relativ harte elastische Lagerung zwischen dem die Membran tragenden Teil und dem Wandlersystem gewählt werden kann, so daß keine Gefahr besteht, daß bei starken Stoßen eine mechanische Beschädigung des Wandlersystems auftritt.

Besonders vorteilhaft ist die Erfindung bei Mikrophonen mit elektroakustischen Wandlern nach dem elektrodynamischen Prinzip einsetzbar, wobei es unwesentlich ist, ob es sich um ein Tauchspulenmikrophon oder um ein Bändchenmikrophon handelt, wobei das für die Umsetzung des Nutzschalles notwendige Wandlersystem das Magnetsystem selbst oder ein Teil desselben sein kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen · Mikrophons sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung soll nun im folgenden Beschreibungsteil an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes elektrodynamisches Mikrophon, F i g. 2 das zugehörige elektrische Ersatzschaltbild, F i g. 3 einen Teilquerschnitt durch ein erfindungsgemaß konstruiertes Tauchspuleumikrophon und

F i g. 4 eine Schnittdarstellung durch ein elektrostatisches Mikrophon gemäß der Erfindung.

Das in F i g. 1 schematisch dargestellte elektrodynamische Mikrophon besteht aus der Membran 1, deren Rand 11 an der Stirnfläche eines rohrförmigen oder dosenförmigen Wandlergehäuses 3 beispielsweise durch Klebung befestigt ist Die Membran 1 trägt die Tauchspule 2, die in den Luftspalt eines Magnetsystems, κι z. B. bestehend aus dem Dauermagnet 4, dem topfförmigen Joch 5 und der Polplatte 6, eintaucht Bei den üblichen Tauchspulenmikrophonen ist das Magnetsystem fest mit dem Wandlergehäuse verbunden. Im Gegensatz hierzu ist dies bei der erfindungsgemäßen ι -, Anordnung nicht mehr der Fall. Die einzige Verbindung, die zwischen Wandlergehäuse und Magnetsystem besteht, ist zumindest ein elastisches Element 7, so daß eine Relativbewegung zwischen dem Magnetsystem und dem die Membran 1 tragenden Gehäuse 3 möglich 2(i ist In der schematischen Darstellung sind die elastischen Elemente 7 lediglich durch Zick-Zacklinien symbolisiert, in der Praxis handelt es sich dabei aber ausschließlich um Elemente aus einem elastischen Material.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Anordnung r> läßt sich am besten an Hand des in F i g. 2 dargestellten elektrischen Ersatzschaltbildes erläutern. Es wurde dabei angenommen, daß auch ein mit erfindungsgemäßer Körperschallkompensation versehenes Mikrophon vorteilhaft elastisch in einem Übergehäuse gelagert ist, j(i weil durch die Mitwirkung der elastischen Lagerung eine weitere Verbesserung der Dämpfung der durch mechanische Erschütterungen hervorgerufenen elektrischen Störgrößen, insbesondere bei höheren Frequenzen, eintritt.

ji In dem Ersatzschaltbild (Fig. 2) bedeutet bzw. bedeuten:

Rc das Übergehäuse,

Ckm die Federung der elastischen Lagerung

⁴» zwischen Kapsel und Übergehäuse,

LMg, Cm_s Masse des Magnetsystems bzw. Federung zwischen Magnetsystem und Membransitz, Lm, Cm Masse bzw. Federung der Membran.

4i Die auf das Mikrophon wirkenden äußeren Störkräfte sind im Ersatzschaltbild durch die Spannungsquelle fs, dargestellt Sie rufen in L_Mg~L_M und in C_Mg-C_M die Teilströme /| und h hervor. Durch geeignete Dimensionierung, vor allem von CMg, kann erreicht werden, daß

">» beide Teilströme gleich groß werden und kein Differenzstrom /fließt.

Praktisch bedeutet dies, daß bei richtiger Dimensionierung sowohl Membran als auch elastisch gelagertes Magnetsystem beim Auftreten von Störkräften gleiche

ϊ5 Schwingungen in bezug auf Phasenlage, Güte und Amplitude über einen weiten Frequenzbereich ausführen werden und deshalb keine elektrischen Störsignale in der Tauchspule hervorgerufen werden. Zweckmäßigerweise wird man die Lagerresonanz des Magnetsy-

'» stems auf den gleichen Wert oder zumindest in die Nähe des Membranresonanz legen.

Es ist jedoch auch möglich, die Lagerung des Magnetsystems aus einem Material von geeigneter hoher innerer Reibung auszubilden oder durch andere

'"· Maßnahmen zu verhindern, daß sich eine ausgeprägte Amplitudenüberhöhung im Resonanzbercich des Magnetsystems feststellen läßt. Da im allgemeinen die Membran in ihrer Resonanz bereits aus akustischen

Gründen bedämpft sein wird, kann man in diesem Falle ein günstigeres breitbandigeres Kompensationsverhalten erreichen, wenn Lagerresonanz des Magnetsystems und Membranresonanz unterschiedliche Werte erhalten. ">

Eine in der Praxis ausgeführte Konstruktion eines Tauchspulenmikrophons mit der erfindungsgemäßen Anordnung zeigt Fig. 3. Die dort verwendeten Bezugsziffern entsprechen vollkommen denen der schematischen Darstellung in Fig. 1. Es ist ersichtlich, ι ο daß der Erfindungsgedanke sehr leicht zu realisieren ist. Es bedarf lediglich einer elastischen Zwischenlage 7 zwischen Wandlergehäuse 3 und dem aus den Teilen 4,5 und 6 bestehenden Magnetsystem, welche Zwischenlage 7 aus Gummi oder einem ähnliche Eigenschaften π aufweisenden Kunststoff hergestellt sein kann. Seitlich vorspringende Noppen 12 hindern das Magnetsystem daran, störende seitliche Bewegungen auszuführen. Anderseits ermöglichen die Noppen 12 eine Bewegung des Magnetsystems in der Schwingungsrichtung der _·ο Tauchspule, da sie in diesem Falle für das Magnetsystem ähnlich wie ein Kipplager wirken.

Bei dem bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde angenommen, daß das Magnetsystem als Ganzes elastisch gelagert ist. Es besteht jedoch auch die :■> Möglichkeit, nur Teile desselben, die im Wirkungsbereich der Tauchspule liegen, elastisch zu lagern.

Dies wäre z. B. bei der Polplatte 6 möglich. In diesem Falle treten bei mechanischen Erschütterungen des Mikrophons deshalb keine Störsignale auf, weil durch die elastische Lagerung der Polplatte 6 eine Relativbewegung der Tauchspule 6 in bezug auf den magnetischen Kraftfluß nicht auftritt. Die Relativbewegung wäre aber die Voraussetzung für die Induktion einer Spannung in der Spule 2.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist aber nicht nur auf elektrodynamische Tauchspulenmikrophone beschränkt, sie ist auch mit Erfolg bei Bändchenmikrophonen und elektrostatischen Mikrophonen verwendbar, wozu ein Beispiel schematisch in F i g. 4 gezeigt ist.

Der die Membran 8 tragende Ring 9 trägt mittels elastischer Elemente 13 die Gegenelektrode 10, die, ebenso wie die Membran 8, für die Umwandlung des Schalles in elektrische Signale einen wesentlichen Bauteil darstellt. An Stelle der festen Gegenelektrode 10 kann auch eine Elektrode aus elastischem, vorzugsweise leitfähigem Material verwendet werden, so daß die elastischen Elemente 13 bei entsprechender Ausbildung der Randzone einer solchen Elektrode, entfallen können. Die Form einer solchen elastischen Gegenelektrode kann beispielsweise so gewählt werden, daß durch Änderung der Dicke derselben zum Rande hin eine wirksame elastische Lagerung erreicht wird, ohne daß die Wandlerfunktion störend beeinflußt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mikrophon mit einem elektroakustischen Wandler, der im wesentlichen aus einer den Schall -, aufnehmenden, am Rande mit einem Träger verbundenen Membran und einem korrespondierenden Wandlersystem besteht und bei dem die elektroakustische Signalumsetzung auf der Relativbewegung zwischen Membran und Wandlersystem «, beruht, mit einer den Körperschall unterdrückenden, federnden Lagerung, dadurch gekennzeichnet, daß die federnde Lagerung (7; 12; 13) zwischen dem Träger (3; 9) des Membranrandes und dem mit der Membran (1; 8) zusammenwirkenden |-, Teil des Wandlersystems angeordnet ist, und daß die Eigenresonanz sowie das logarithmische Dekrement dieses Schwingungssystems zumindest annähernd gleich der Eigenresonanz und dem logarithmischen Dekrement der Membran (1;8) ist >o

2. Mikrophon nach Anspruch 1, mit einem elektroakustischen Wandler nach dem Tauchspulenprinzip, dadurch gekennzeichnet, daß die die Tauchspule (2) tragende Membran (1) an ihrem Rande fest mit dem Wandlergehäuse (3) verbunden ist, wogegen das Magnetsystem (4, 5, 6) oder Teile desselben im Wandlergehäuse (3) elastisch gelagert sind (F ig. 3).

3. Mikrophon nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Wandlergehäuse (3) und _J(, Magnetsystem (4,5,6) eine elastische Zwischenlage (7) vorgesehen ist, die vorzugsweise seitlich vorspringende Noppen (12) aufweist (Fig. 3).

4. Mikrophon nach Anspruch 1, mit einem elektroakustischen Wandler nach dem Bändchen- r, prinzip, dadurch gekennzeichnet, daß die Bändchenaufhängung über ein elastisches Element mit dem Magnetsystem oder Teile desselben verbunden ist.

5. Mikrophon nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandlersystem die Gegenelektrode (10) eines elektrostatischen Wandlers ist (F i g. 4).

6. Mikrophon nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode (10) aus vorzugsweise leitendem, in sich elastischem Material besteht, somit Wandlersystem und elastisch gelagerter, die Membran (8) tragender Teil durch die spezielle Formgebung in einem Element vereint sind.

7. Mikrophon nach Anspruch 5, mit einem elektrostatischen elektroakustischen Wandler, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode (10) gegenüber der im Wandlergehäuse (9) befestigten Membran (8) über elastische Elemente (13) mit dem Wandlergehäuse (9) verbunden ist (F i g. 4).