DE3708747A1 - Richtmikrophon nach dem elektrostatischen oder elektrodynamischen wandlerprinzip - Google Patents
Richtmikrophon nach dem elektrostatischen oder elektrodynamischen wandlerprinzipInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Richtmikrophon nach dem
elektrostatischen oder elektrodynamischen Wandlerprinzip,
bei dem die Richtwirkung durch wenigstens ein phasen
drehendes Laufzeitglied zwischen der Rückseite der aktiven
Wandlermembran und wenigstens einer im Abstand hinter der
Membranebene im Gehäuse vorgesehenen Schalleintrittsöff
nung bestimmt ist mit wenigstens einem an das Laufzeit
glied angekoppelten akustischen Element.
Es sind Richtmikrophone bekannt und beispielsweise
in der DE-PS 8 21 217 beschrieben. Sie weisen einige un
erwünschte Nachteile auf. Da die phasendrehenden Lauf
zeitglieder im allgemeinen so ausgelegt sind, daß sie
über den gesamten Hörbereich wirksam sind, leiden darun
ter infolge notwendiger Kompromisse der Frequenzgang und
die Empfindlichkeit. Insbesondere stört bei diesen als
Druckgradientenempfänger ausgebildeten Richtmikrophonen
der Nahbesprechungseffekt, der darin besteht, daß im Be
reich der Bässe eine extreme Empfindlichkeitsteigerung ein
tritt, die das Klangbild stark verfälscht. Außerdem sind
Druckgradientenempfänger überaus empfindlich gegen Explo
sivlaute, was zum sogenannten "Popen" führt.
Es sind weiters Mikrophone der eingangs genannten
Art bekannt, die in gleicher Weise ausgebildet, auch noch
akustische Elemente, die mit dem Laufzeitglied gekoppelt
sind, enthalten. In diesen Fällen wird hiedurch die
Richtcharakteristik an sich beeinflußt und verändert.
Ein Zusammenhang mit dem Problem des Nahbesprechungs
effektes ist in diesen Schriften weder beschrieben, noch
auf Grund der Ausbildung dieser Mikrophone anzunehmen.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein
Richtmikrophon zu schaffen, das die Nachteile der be
kannten Mikrophone mit Richtcharakteristik nicht aufweist.
Es wird dabei von der Erkenntnis Gebrauch gemacht, daß
Frequenzen von etwa 300 Hz abwärts ohnehin nur sehr wenig
zur Ortung einer Schallquelle beitragen. Daher wird er
findungsgemäß vorgeschlagen, ein Richtmikrophon so auszu
bilden, daß es im Bereich über 300 Hz als Druckgradienten
empfänger mit Richtcharakteristik arbeitet, unter 300 Hz
jedoch einen reinen ungerichteten Druckempfänger darstellt.
Die angegebene Grenzfrequenz von 300 Hz ist nur als an
genäherter Mittelwert zu betrachten, da der Übergang vom
Druckgradientenempfänger zum Schalldruckempfänger ja nicht
sprunghaft, sondern fließend erfolgt.
Gelöst wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß
dadurch, daß die Anordnung des Laufzeitgliedes mit dem
(den) akustischen Element(en) eine untere Grenzfrequenz
im Bereich von 300 Hz aufweist.
Ein solcherart ausgebildetes Richtmikrophon bringt
mehrere Vorteile mit sich. Durch die Kombination eines
Schalldruckempfängers für die tiefen Frequenzen mit einem
Druckgradientenempfänger für die hohen und höchsten
Frequenzen des Hörbereiches ergibt sich zunächst eine
Ausweitung des Frequenzganges zu den tiefen Frequenzen
hin, wobei der Nahbesprechungseffekt nicht mehr in Er
scheinung tritt, da Schalldruckempfänger diesen Effekt
nicht aufweisen. Daraus ergibt sich eine naturgetreue
und klangfarbenechte Umsetzung der tieffrequenten Anteile
des zu übertragenden Schallereignisses. Auch das störende
"Popen" bei den Explosivlauten tritt nicht auf, weil
Schalldruckempfänger die bei Druckgradientenempfängern
vorhandene Eigenschaft nicht aufweisen. Überdies führt
die erfinderische Maßnahme auch zu einer Verbesserung des
Übertragungsfaktors im gesamten Bereich der hörbaren
Frequenzen, da der Frequenzgang des erfindungsgemäßen
Mikrophons bei den tiefen und mittleren Frequenzen, in
welchem Bereich es als Schalldruckempfänger arbeitet,
um einige dB angehoben wird, und somit dem sonst bei hohen
Frequenzen vorhandenen Pegel des Präsenzanhubes eines
Druckgradientenempfängers angeglichen wird. Diese Ver
größerung des Übertragungsfaktors bringt den weiteren
Vorteil mit sich, daß der Grundgeräuschpegel um den Wert
der Zunahme des Übertragungsfaktors verringert wird.
Wenn auch die Realisierung von Schaltungen mit dieser
Grenzfrequenz ohne besondere Schwierigkeiten möglich ist,
hat sich doch gezeigt, daß es eine Reihe von konkreten
Lösungen gibt, die besonders gut geeignet sind, die Ab
stimmung auf eine solche Grenzfrequenz zu verwirklichen.
Die einfachste konkrete Lösung der gestellten Auf
gabe besteht darin, daß die Anordnung des Laufzeitgliedes
und das (der) angekoppelte(n) akustische(n) Element(e)
aus einer Serienschaltung dieser Elemente besteht, wobei
das akustische Element eine akustische Kapazität oder eine
passive Membran ist. Im Falle einer Kapazität ist diese
so zu wählen, daß sie im Zusammenwirken mit dem wenigstens
einen Laufzeitglied bei Frequenzen unterhalb von etwa
300 Hz eine Phasendrehung von 180° liefert, so daß an
der Rückseite der aktiven Wandlermembran praktisch kein
Schalldruck wirksam wird. Die passive Membran hingegen ist
so abzustimmen, daß sie für Frequenzen unterhalb von etwa
300 Hz undurchlässig wird. Vorteilhafterweise ist an jeder
der rückwärtigen Schalleintrittsöffnungen des wenigstens
einen Laufzeitgliedes eine passive Membran, diese Schall
eintrittsöffnung verschließend, angebracht.
In beiden Fällen arbeitet das Mikrophon dann im Be
reich unterhalb 300 Hz als reiner Druckempfänger und erst
oberhalb der vorgeschlagenen Grenzfrequenz von etwa
300 Hz als Druckgradientenempfänger mit einer ausgeprägten
Richtcharakteristik. Die vorbeschriebene Reihenschaltung
einer akustischen Kapazität bzw. einer passiven Membran
mit dem phasendrehenden Laufzeitglied eignet sich ins
besondere für Kondensatormikrophone.
Die Verwendung von passiven Membranen ist auch inso
fern vorteilhaft, weil diese Membranen sich durch Stege
in Teilmembranen unterteilen lassen, die unterschiedliche
Eigenresonanzen aufweisen, was dem Fachmann einen weiten
Dimensionierungsspielraum ermöglicht.
Schließlich soll die Eigenresonanz der passiven
Membran(en) über der der aktiven Wandlermembran liegen,
wodurch eine ungünstige Beeinflussung des Frequenzganges
und der Empfindlichkeit des Mikrophons vermieden wird.
Der Übergang vom Gradientenempfänger zum Schalldruck
empfänger kann auch dadurch erreicht werden, daß mehrere
akustische Elemente zusätzlich mit dem wenigstens einen
Laufzeitglied in Parallelschaltung gekoppelt werden.
Vorzugsweise wird man einen aus wenigstens zwei akustischen
Elementen gebildeten Schwingungskreis aus einer akustischen
Induktivität und einer akustischen Kapazität verwenden,
denen gegebenenfalls noch wenigstens ein Reibungswider
stand zugeordnet sein kann. Im konkreten Falle ist ein
derart ausgebildetes Richtmikrophon dadurch gekennzeich
net, daß die akustische Induktivität ein in ein Röhrchen
eingeschlossenes Luftvolumen ist, und das Röhrchen einer
seits gemeinsam mit dem wenigstens einen Laufzeitglied
in einer Luftkammer hinter der Wandlermembran mündet,
anderseits diese Luftkammer mit einem großvolumigen
Hohlraum im Mikrophongehäuse verbindet. Es handelt sich
hier um einen Serienschwingungskreis, der dem wenigstens
einen Laufzeitglied parallel geschaltet ist, und der so
dimensioniert ist, daß er für Frequenzen unter etwa
300 Hz einen Kurzschluß bildet, so daß die Wirkung des
wenigstens einen Laufzeitgliedes aufgehoben wird.
Bei einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel
wird ebenfalls ein Serienschwingungskreis, wie vorstehend
beschrieben, verwendet, die Ankopplung erfolgt jedoch
nicht über eine gemeinsame Luftkammer, sondern unmittelbar
am Laufzeitglied selbst, vorzugsweise an dessen Reibungs
widerstand.
Weitere Einzelheiten der Erfindung können der fol
genden Beschreibung an Hand der Zeichnung entnommen werden,
in der
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines
Kondensatorrichtmikrophones gemäß der Erfindung darstellt,
Fig. 2 ebenfalls in schematischer Schnittdarstellung, ein
elektrodynamisches Richtmikrophon gemäß der Erfindung
zeigt,
Fig. 3 schematisch im Schnitt ein Kondensator
richtmikrophon darstellt, ebenso wie die Ausführungs
beispiele gemäß den
Fig. 4 und 5, bei denen passive
Membranen zur Anwendung gelangen, die
Fig. 6 und 7 zeigen
Ausbildungsformen solcher passiver Membranen, die
Fig. 8
bis 12 zeigen elektrische Ersatzschaltbilder, wobei das
wenigstens eine Laufzeitglied nur in Form eines Rechtecks
dargestellt ist, die
Fig. 13 den Frequenzgang eines Richt
mikrophones gemäß Fig. 9 bei 0° und 180° Beschallung zeigt,
Fig. 14 dasselbe für ein Richtmikrophon gemäß Fig. 10
und
Fig. 15 dasselbe für ein Richtmikrophon gemäß Fig. 11.
Fig. 1 zeigt ein erstes konkretes Ausführungsbei
spiel der Erfindung. Es handelt sich um ein Kondensator
richtmikrophon mit der aktiven Wandlermembran 1, der im
geringen Abstand die mit Bohrungen 3 versehene Gegenelek
trode 2 gegenübersteht. Zwischen der Membran 1 und der Ge
genelektrode 2 ist eine niedere Luftkammer 4 vorgesehen,
deren Höhe nur so groß ist, daß die Membran 1 in Bezug auf
die Gegenelektrode 2 frei schwingen kann. Das phasendrehen
de Laufzeitglied ist mit 5 bezeichnet. Die hinter der Mem
branebene liegenden, zum Laufzeitglied 5 führenden Schall
eintrittsöffnungen tragen das Bezugszeichen 8. Die zusätz
lichen akustischen Elemente, die erfindungsgemäß vorgese
hen sind, bestehen hier aus einer in ein Röhrchen einge
schlossenen Luftmasse 6 und einem in einem großvolumigen
Hohlraum eingeschlossenen Luftvolumen 7, das als akusti
sche Kapazität wirkt, die mit der im Röhrchen befindlichen,
als akustische Induktivität anzusehenden Luftmasse 6, einen
Schwingungskreis bildet, der, ebenso wie das Laufzeit
glied 5, an die niedere Luftkammer 4 hinter der Membran 1
angekoppelt ist. Der von den akustischen Elementen 6 und 7
gebildete Schwingungskreis stellt die Serienschaltung ei
ner Induktivität und einer Kapazität dar, deren Impedanz
im Bereich der Resonanzfrequenz ein Minimum wird. Bei dem
in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel liegt die Serien
schaltung von 6 und 7 parallel zum Laufzeitglied 5, so
daß dieses im Bereich der Resonanzfrequenz des Serien
schwingungskreises 6, 7 praktisch kurz geschlossen wird,
d.h. mit anderen Worten, daß das Laufzeitglied 5 in
diesem Fall bezüglich der Wandlermembran 1 unwirksam wird
und das Mikrophon daher als reiner Schalldruckempfänger
angesehen werden kann, was ja das Ziel der Erfindung ist.
Selbstverständlich ist die Resonanz des von den Elemen
ten 6 und 7 gebildeten Schwingungskreises so zu legen und
zu dämpfen, daß sie den Bereich von den tiefsten zu über
tragenden Frequenzen bis etwa 300 Hz überstreicht.
Fig. 2 zeigt schematisch im Querschnitt ein nach
dem elektrodynamischen Prinzip arbeitendes Richtmikrophon
gemäß der Erfindung, dessen Aufbau in analoger Weise dem
des in Fig. 1 gezeigten elektrostatischen Richtmikrophons
entspricht. Die Wandlermembran ist hier mit 9 bezeichnet
und trägt die Tauchspule 10. Hinter der Wandlermembran 9
ist eine niedere Luftkammer 11 vorgesehen, in die sowohl
das Laufzeitglied 12 als auch das Röhrchen mündet, das
die als Induktivität wirkende Luftmasse 15 enthält. Die
Schalleintrittsöffnungen tragen das Bezugszeichen 14. Das
andere Ende des Röhrchens führt in einen großvolumigen
Hohlraum, der das Luftvolumen 13, das als akustische
Kapazität wirkt, umschließt. Die Funktion dieser Anordnung
ist dieselbe wie bei dem in Fig. 1 beschriebenen Aus
führungsbeispiel.
Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von den bisher beschriebenen dadurch,
daß die einen Serienresonanzkreis bildenden zusätzlichen
akustischen Elemente 23, 24 unmittelbar an ein Element
des Laufzeitgliedes, nämlich an den Reibungswiderstand 27,
angekoppelt sind. Das zweite akustische Element des Lauf
zeitgliedes wird von einer relativ großen, hinter der
Gegenelektrode 17 vorgesehenen Luftkammer gebildet, welche
einerseits durch die mit Öffnungen 18 zur Luftkammer 19
versehene Gegenelektrode 17 und anderseits durch eine mit
Schalldurchtrittsöffnungen 26 versehene Zwischenwand 25 ge
bildet ist, deren eingeschlossenes Luftvolumen 20 als
akustische Kapazität des Laufzeitgliedes anzusehen ist.
Gegebenenfalls können die rückwärtigen Schalleintritts
öffnungen 21 noch mit einem zusätzlichen Reibungswider
stand 22 versehen sein. Im Prinzip wirkt sich auch hier
die Serienschaltung der Masse des Luftstöpsels 23 mit dem
Luftvolumen 24 als Kurzschluß für das Laufzeitglied 20,
22, 27 aus, so daß das die Membran 16 und die Gegenelek
trode 17 aufweisende elektrostatische Wandlersystem unter
halb einer Frequenz von etwa 300 Hz, wie erfindungsgemäß
verlangt, als Schalldruckempfänger arbeitet.
Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel
weist ebenfalls ein elektrostatisches Wandlersystem mit
der Membran 28 und der Gegenelektrode 29 auf, hinter
welcher, ebenfalls wie beim vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiel, ein Luftvolumen 30 ausgebildet ist.
Die dieses Luftvolumen enthaltende Kammer wird gegen
über der Gegenelektrode 29 von einer Zwischenwand 35 be
grenzt, die große, gut schalldurchlässige Öffnungen 36
aufweist. Hinter dieser Zwischenwand 35 ist ein groß
flächiger Reibungswiderstand 31 angeordnet, in den ein
sich trichterförmig erweiterndes Rohr mit dem Luftvo
lumen 34 sowie ein Luftvolumen 32 mündet. Die große Öff
nung des vorerwähnten Rohres stellt die rückwärtige Schall
eintrittsöffnung zum Laufzeitglied dar und ist mit einer
passiven Membran 33 abgeschlossen. Die passive Membran 33
ist so abgestimmt, daß sie für Frequenzen unter etwa 300 Hz
den Schalleintritt sperrt, so daß in diesem Bereich das
Mikrophon, wie verlangt, als Schalldruckempfänger arbeitet.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das ebenfalls
mit einer passiven Membran 37, die die rückwärtige Schall
eintrittsöffnung zum Laufzeitglied verschließt, ausge
stattet ist. Zum Unterschied vom Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 4 ist hier die passive Membran 37, die die rück
wärtige Schalleintrittsöffnung verschließt, kreisring
förmig ausgebildet, was nur dann möglich ist, wenn das
das Luftvolumen 41 einschließende Gehäuse einen geringeren
Durchmesser aufweist als das die Membran 38 und die Gegen
elektrode 39 aufweisende elektrostatische Wandlersystem.
Auch hier muß die passive Membran 37 so abgestimmt sein,
daß sie den Schalleintritt von hinten unterhalb von etwa
300 Hz sperrt, damit in diesem Bereich das Mikrophon
als Schalldruckempfänger arbeitet bzw. die Wirkung des
Laufzeitgliedes kompensiert. Vorzugsweise ist an der von
der Membran 38 abgewendeten Fläche der Gegenelektrode 39
ein Reibungsbelag 43 angebracht, an den eine niedrige
Luftkammer 40 zur akustischen Ankopplung des zum Luft
volumen 41 führenden Reibungswiderstandes 42 und der
passiven Membran 37 anschließt.
Um die Wirkungsbreite der passiven Membran 33, 37
zu vergrößern, kann man sie jeweils in Teilmembranen
mit unterschiedlichen Eigenresonanzen unterteilen. Fig. 6
zeigt eine solche Unterteilung für eine als Kreisfläche
ausgebildete Membran. Die Stege a, b und c teilen diese
Membran 33 in drei Teilmembranen 44, 45, 46 auf. Analog
kann man bei einer kreisringförmigen Membran 37 vorgehen,
wie in Fig. 7 gezeigt. Auch hier trennen die Stege a, b
und c drei Teilmembranen 47, 48, 49, die, wie vorer
wähnt, unterschiedliche Eigenresonanzen aufweisen. Dies
erreicht man am einfachsten dadurch, daß man die Unter
teilung so vornimmt, daß die Teilmembranen jeweils unter
schiedliche Flächeninhalte erhalten.
Im nun folgenden Beschreibungsteil soll die Wir
kungsweise der Erfindung an Hand von elektrischen Ersatz
schaltbildern näher erläutert werden.
Es wird zum besseren Verständnis der Erfindung zu
nächst in Fig. 8 ein elektrisches Ersatzschaltbild eines
bekannten, als Druckgradientenempfänger ausgebildeten
Richtmikrophones dargestellt. Ein solches Richtmikrophon
besitzt eine Wandlermembran, deren Masse, Steifigkeit
und innere Reibung entsprechend den dualen Beziehungen
zwischen akustischen und elektrischen Größen als Reihen
schaltung einer Induktivität L M , einer Kapazität C M und
eines Ohmschen Widerstandes R M darstellbar ist. An diese
Reihenschaltung schließt sich ein Vierpol V an, der das
bei Druckgradientenempfängern übliche Laufzeitglied mit
der Laufzeit τ symbolisiert. Der auf die Vorderseite der
Wandlermembran wirkende Schalldruck ist mit p 1 bezeichnet,
der an der rückwärtigen, zum Laufzeitglied V führenden
Schalleintrittsöffnung mit p 2. Die durch das Laufzeit
glied V verursachte Wirkungsverzögerung des Schall
druckes p 2 auf die Rückseite der Wandlermembran muß so
bemessen sein, daß beispielsweise bei einem Richtmikrophon
mit einer kardioidförmigen Richtcharakteristik bei einer
Beschallung des Mikrophons von hinten (180°-Beschallung)
die Schalldrücke p 1 und p 2′ einander in Amplitude und
Phase gleich sind, wobei p 2′ jener Schalldruck ist, der
nach dem Durchlaufen des Laufzeitgliedes V an die Rück
seite der Wandlermembran gelangt. In diesem Falle bleibt
die Wandlermembran in Ruhe und es erfolgt keine Umsetzung
akustischer Schwingungen in elektrische Schwingungen.
Dieser Idealfall ist in der Praxis nicht erreichbar, da
das Laufzeitglied stets mit Verlusten behaftet ist.
Man erzielt bei der 180° Beschallung des Mikrophons
daher nur eine Löschung der von hinten einfallenden
Schallwellen um 20 dB bis 30 dB, in besonders günstigen
Fällen auch etwas darüber liegende Werte.
Das bekannte, vorstehend beschriebene Richtmikrophon
arbeitet über den gesamten Hörbereich als Druckgradienten
empfänger, wogegen das erfindungsgemäße Richtmikrophon
nur im Bereich oberhalb einer Grenzfrequenz von etwa
300 Hz ein Druckgradientenempfänger sein soll. Unterhalb
der vorstehend angegebenen Grenzfrequenz soll es als un
gerichteter Schalldruckempfänger arbeiten. Fig. 9 zeigt
das elektrische Ersatzschaltbild eines solchen erfindungs
gemäßen Richtmikrophons. Es unterscheidet sich von dem
in Fig. 8 dargestellten elektrischen Ersatzschaltbild
dadurch, daß parallel zum Ausgang des Laufzeitgliedes V
ein Serienresonanzkreis geschaltet ist, bestehend aus
einer Induktivität L k und einem Kondensator C v . Dieses
Ersatzschaltbild gilt für die in den Fig. 1 und 2 darge
stellten Ausführungsbeispiele. Der aus L k und C v gebilde
te Serienresonanzkreis ist so dimensioniert, daß er für
den Frequenzbereich unterhalb von etwa 300 Hz einen zum
Laufzeitglied V parallel liegenden Kurzschluß bildet,
was bedeutet, daß in diesem Frequenzbereich das Laufzeit
glied wirkungslos ist und daher das Mikrophon als unge
richteter Schalldruckempfänger, wie erwünscht, arbeitet.
Infolge der Verluste im Serienresonanzkreis und gegebe
nenfalls durch eine zusätzliche Dämpfung wird erreicht,
daß die Resonanzbandbreite des aus L k und C v gebildeten
Schwingungskreises so groß ist, daß sie den Frequenz
bereich unterhalb von etwa 300 Hz weitgehend einschließt.
Der Übergang vom Druckgradientenempfänger zum unge
richteten Schalldruckempfänger kann auch durch eine
Kapazität C s , im folgenden als Sperrkapazität bezeichnet,
erreicht werden, die seriell zum Laufzeitglied angeordnet
ist. Eine solche Anordnung ist in Fig. 10 in Form eines
elektrischen Ersatzschaltbildes dargestellt. Bei hin
reichend kleinem Wert der Sperr-Kapazität C s wird der
Durchgang des bei 180° Beschallung einfallenden Schall
druckes p 2 durch das Laufzeitglied für alle Frequenzen,
die unterhalb der bevorzugten Grenzfrequenz von 300 Hz
liegen, gesperrt, so daß an der Rückseite der Wandler
membran der Schalldruck p 2 nahezu verschwindet. In diesem
Bereich arbeitet daher das Mikrophon als ungerichteter
Schalldruckempfänger. Erst oberhalb der vorgenannten
Grenzfrequenz wird mit zunehmender Frequenz eine Richt
wirkung des Mikrophons eintreten. Die vorstehend beschrie
bene Anordnung ist insbesondere bei Kondensatorricht
mikrophonen vorteilhaft anwendbar.
Bei dem in Fig. 11 gezeigten elektrischen Ersatz
schaltbild ist in Reihe mit dem Laufzeitglied V eine
passive Membran geschaltet, deren Masse, Steifigkeit
und innere Reibung durch die Induktivität L p , die Ka
pazität C p und den Ohmschen Widerstand R p dargestellt
ist. Im Prinzip handelt es sich um einen gedämpften Serien
resonanzkreis, der so dimensioniert ist, daß er als Hoch
paßfilter arbeitet, dessen Grenzfrequenz im Bereich von
etwa 300 Hz liegt. Demnach gelangen von dem an der rück
seitigen Schalleintrittsöffnung anliegenden Schalldruck p 2
nur solche Anteile an die Rückseite der aktiven Wandler
membran, deren Frequenzen über der angenommenen Grenz
frequenz von etwa 300 Hz liegt. Daraus folgt, daß bei den
Frequenzen unterhalb dieser Grenzfrequenz das Mikrophon
als ungerichteter Schalldruckempfänger arbeitet, oberhalb
der Grenzfrequenz hingegen als Druckgradientenempfänger
mit ausgeprägter Richtcharakteristik.
Da es nicht ganz einfach ist, mit nur einer passiven
Membran den Durchlaßbereich über 300 Hz ohne allzugroße
Dämpfung bis zu den höchsten Frequenzen des Hörbereiches
auszuweiten, wird, insbesondere bei höheren Ansprüchen,
wie früher beschrieben, vorgeschlagen, die passive Membran
(in den Fig. 4 bis 7 mit 33 bzw. 37 bezeichnet), die die
rückwärtige Schalleintrittsöffnung zum Laufzeitglied V
verschließt, durch mehrere Stege in Teilmembranen zu
unterteilen (siehe Fig. 5 und 7), wobei den Teilmembranen
unterschiedliche Eigenresonanzen zugeordnet sind, die über
den Durchlaßbereich verteilt sind. Eine solche Anordnung
liegt dem in Fig. 12 gezeigten Ersatzschaltbild zugrunde,
wobei angenommen ist, daß die passive Membran in drei
Teilmembranen aufgeteilt ist, von denen jede im elektri
schen Ersatzschaltbild als Reihenschaltung einer Indukti
vität L p 1, L p 2, L p 3 mit einer Kapazität C p 1, C p 2, C p 3
und einem Widerstand R p 1, R p 2, R p 3 dargestellt ist. Jeder
dieser Serienresonanzkreise braucht jeweils nur etwa ein
Drittel des Durchlaßbereiches zu erfassen, so daß mit
einer wesentlich geringeren Dämpfung jedes einzelnen
Serienresonanzkreises, deren Durchlaßbereiche aneinander
anschließen, das Auslangen gefunden werden kann, was sich
natürlich auf den gesamten Durchlaßbereich vorteilhaft
auswirkt, da die Gesamtdämpfung in diesem Falle wesent
lich geringer ist als bei einem einzigen Serienresonanz
kreis.
Die Fig. 13, 14 und 15 zeigen jeweils die Frequenz
gänge bei der 0° und 180° Beschallung der in den Fig. 9,
10 und 11 in Form von Ersatzschaltbildern dargestellten
Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Richtmikrophons.
Es ist ersichtlich, das das Übertragungsmaß bei Beschallung
von vorne (0°-Beschallung) im wesentlichen über den
gesamten Frequenzbereich nur geringfügig schwankt, insbe
sondere jedoch beim Ausführungsbeispiel mit einer oder
mehreren passiven Membranen nahezu konstant bleibt. Die
Löschung (180°-Beschallung) ist oberhalb der festgelegten
Grenzfrequenz in bekannter Weise ausreichend wirksam.
Claims (8)
1. Richtmikrophon nach dem elektrostatischen oder
elektrodynamischen Wandlerprinzip, bei dem die Richt
wirkung durch wenigstens ein phasendrehendes Laufzeit
glied zwischen der Rückseite der aktiven Wandlermembran
und wenigstens einer im Abstand hinter der Membranebene
im Gehäuse vorgesehenen Schalleintrittsöffnung bestimmt
ist, mit wenigstens einem an das Laufzeitglied angekoppel
ten akustischen Element, dadurch gekennzeichnet, daß die
Anordnung des Laufzeitgliedes mit dem (den) akustischen
Element(en) (6, 7; 15, 13; 23, 24; 33; 37; C s ) eine untere
Grenzfrequenz im Bereich von 300 Hz aufweist.
2. Richtmikrophon nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Anordnung des Laufzeitgliedes und das (der)
angekoppelte(n) akustische(n) Element(e) aus einer Se
rienschaltung dieser Elemente besteht, wobei das akusti
sche Element eine akustische Kapazität (C s ) oder eine
passive Membran (33, 37 bzw. L p , C p , R p ) ist.
3. Richtmikrophon nach Anspruch 2 mit einer passiven
Membran, dadurch gekennzeichnet, daß diese passive Membran
(en) (33; 37) die rückwärtige(n) Schalleintrittsöffnung(en)
des Laufzeitgliedes verschließt.
4. Richtmikrophon nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Anordnung des Laufzeitgliedes und das
(der) angekoppelte(n) akustische(n) Element(e) aus einer
Parallelschaltung dieser Elemente besteht, wobei das
akustische Element aus der Serienschaltung einer
akustischen Induktivität und einer akustischen Kapazität
besteht.
5. Richtmikrophon nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die akustische Induktivität eine in ein
Röhrchen eingeschlossene Luftmasse (6; 15) ist, und das
Röhrchen einerseits gemeinsam mit dem wenigstens einen
akustischen Laufzeitglied (5; 12) in eine Luftkammer (4; 10)
hinter der Wandlermembran (1; 9) mündet, anderseits diese
Luftkammer (4, 10) mit einem großvolumigen Hohlraum (7; 13)
im Mikrophongehäuse verbindet.
6. Richtmikrophon nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die akustische Induktivität eine in ein
Röhrchen eingeschlossene Luftmasse (23) ist, und das
Röhrchen einerseits innerhalb des wenigstens einen Lauf
zeitgliedes, anderseits in einen großvolumigen Hohlraum
(24) im Mikrophongehäuse mündet.
7. Richtmikrophon nach Anspruch 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die passive Membran (33; 37) in
mehrere Bereiche (44, 45, 46; 47, 48, 49) mit unterschiedlichen
Eigenresonanzen unterteilt ist.
8. Richtmikrophon nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Eigenresonanzen der passiven Membran(en)
(33; 37; 44, 45, 46; 47, 48, 49) über der der aktiven Wandler
membran (28; 38) liegt.
Applications Claiming Priority (1)
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AT0074486A ATA74486A (de) | 1986-03-20 | 1986-03-20 | Richtmikrophon nach dem elektrostatischen oder elektrodynamischen wandlerprinzip |
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