-
Einrichtung zur Sprachübertragung aus geräuscherfüllten Räumen Der
Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Sprachübertragung aus geräuscherfüllten
Räumen mit einem eine achterförmige Richtcharakteristik aufweisenden Druckgradientenempfänger,
der so nahe besprochen wird, daß der Nutzschall eine Kugelwellenwirkung besitzt.
Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung der Wirkungsweise einer solchen Einrichtung.
-
Die Übertragung von Sprache aus stark lärmerfüllten Räumen macht erfahrungsgemäß
große Schwierigkeiten, da im allgemeinen nur ein unzureichendes Verhältnis zwischen
Nutzlautstärke und Störpegel erzielt werden kann. Schutzeinrichtungen für die Mikrofone
in Form von Masken ergeben nur eine geringe Verbesserung und bringen überdies den
Nachteil der Sprachverzerrung mit sich. Um derartige Nachteile zu vermeiden, ist
es bekannt, bei sogenannten Elongationsempfängern, d. h. bei Empfängern, bei welchen
die erzeugte EMK abhängig ist von dem Ausschlag der Membran, z. B. Kohlemikrofon,
das Mikrofon als Druckgradientenempfänger auszubilden, welches eine achterförmige
Richtcharakteristik besitzt und bei welchem die Membran beiderseitig beaufschlagt
wird. Dieses Mikrofon wird nun bei den bekannten Einrichtungen nahe besprochen und
erhält eine steife Membran, so daß sie verhältnismäßig unempfindlich für Sprache
mit gewöhnlicher Stimmerhebung wird. Zu diesem Zweck erteilt man der Membran bei
den bekannten Einrichtungen eine Eigenfrequenz von 2ooo Hz. Diese Einrichtung hat
den Vorteil, einmal, daß der die Druckgradientenmembran beiderseitig . beaufschlagende
Störschall
weit weniger wirksam wird, als wenn er die Membran nur einseitig beaufschlagen würde.
Durch das nahe Besprechen wird erzielt, daß der die Druckgradientenmembran nur einseitig
beaufschlagende Nutzschall gegenüber dem Störpegel herausgehoben wird. Durch die
steife Membran wird erzielt, daß die Gefahr einer Übersteuerung, welche gerade beim
Kohlemikrofon sehr groß ist und welche durch das nahe Besprechen entsteht, möglichst
weitgehend beseitigt wird.
-
Diese Einrichtung besitzt aber den Nachteil, daß die Verwendung einer
steifen Membran nicht immer günstig ist, weil sie verhältnismäßig unempfindlich
gegen den Nutzschall wird. Weiterhin muß diese Ausbildung des Mikrofons versagen,
wenn es sich um einen Geschwindigkeitsempfänger handelt, d. h. um einen Empfänger,
bei welchem die abgegebene EMK abhängig ist von der Geschwindigkeit, mit der sich
die Membran bzw. das steuernde Glied unter dem Einfluß des sie beaufscblagenden
Schalles bewegt.
-
Der Gegenstand der Erfindung vermeidet diese Nachteile unter Beibehaltung
aller Vorteile der vorgenannten Anordnung dadurch, daß der Besprechungsabstand und
die die Empfindlichkeit des Druck gradientenempfängers beeinflussenden Entzerrungsmittel
oder Eigenschaften des Empfängers selbst so aufeinander abgestimmt sind, daß der
wirksame Frequenzgang für den als Kugelwelle wirksam werdenden hTutzschall im Bereich
der Kugelwellenwirkung frequenzunabhängig oder nahezu frequenzunabhängig und in
diesem Teil des Frequenzbandes der Frequenzgang für den als ebene Welle wirksam
werdenden Störschall abgesenkt wird. Durch eine derartige Abstimmung von Entzerrungsmitteln
oder Mikrofoneigenschaften und Besprechungsabstand aufeinander ist man an die Vewendung
einer dicken Membran nicht gebunden, sondern kann andere Entzerrungsmittel verwenden
bzw. dem Mikrofon andere Eigenschaften erteilen, auf die dann der Besprechungsabstand
so abgestimmt wird, daß gleichzeitig ein ebener Frequenzgang für den Nutzschall
und ein gegen die tiefen Frequenzen zu abgesenkter Frequenzgang für den Störschall
erreicht werden, was sonst nur durch mehrere verschiedenartige Maßnahmen erzielt
werden kann. Dies läßt sich für Mikrofone aller Art (Elongations- und Geschwindigkeitsempfänger)
ohne weiteres durchführen, und man erhält in jedem Falle in einfachster Weise eine
brauchbare Anordnung zur Übertragung von Sprache aus lärmerfüllten Räumen. Dabei
werden alle Vorteile der bekannten Anordnung (Verringerung des Einflusses der Störschallenergie,
Richtwirkung und Heraushebung des Nutzschalles über den Störpegel) durch nahes Besprechen
beibehalten.
-
Es ist bereits eine Anordnung zur Unterdrückung der akustischen Rückkopplung
bei Lautsprecherübertragungsanlagen bekannt, bei der als Empfänger und Sender Einrichtungen
verwendet werden, deren schwingendes Organ beiderseits Schallwellen gleich großer
Amplitude erzeugt bzw. aufnimmt, die um 18ö° in der Phase gegeneinander verschoben
sind, so daß sich die Schallwellen in der Symmetrieebene durch Interferenz aufheben
und der Schallempfänger in der Symmetrieebene des Schallsenders liegt. Hier wird
zur Störunterdrückung die Richtwirkung von Schallsender und -empfänger ausgenutzt,
derart, daß der Schallempfänger jeweils im Minimum des Schallsenders angeordnet
wird, und umgekehrt. Beim Erfindungsgegenstand beruht demgegenüber die störunterdrückende
Wirkung auf der unterschiedlichen Ausgestaltung des Schallempfängers im Hinblick
auf das Nahschallfeld und das Fernschallfeld; es wird hier also im Gegensatz zur
Richtungsabhängigkeit die Entfernungsabhängigkeit ausgenutzt.
-
Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung beschrieben und dargestellt.
Es bedeutet Fig. z eine Darstellung der Richtwirkung des Druckgradientenempfängers,
Fig. z eine Darstellung der Frequenzgänge für ebene Wellen und Kugehvellen, Fig.
3 ein praktisches Ausführungsbeispiel, Fig. q. eine Darstellung zur Erläuterung
der Wirkung der antreibenden Kraft innerhalb und außerhalb des Kugelwellenbereiches,
Fig.5 eine Darstellung zur Erläuterung der verschiedenen Mikrofoneigenschaften,
Fig. 6 eine Darstellung zur Erläuterung der Abhängigkeit der Übergangszone zwischen
Kugelwelle und ebene Welle vom Besprechungsabstand.
-
Das Mikrofon gemäß der Erfindung ist in an sich bekannter Weise als
Druckgradientenempfänger ausgebildet und besitzt demgemäß eine achterförmige Richtcharakteristik,
wie sie in Fig. z dargestellt ist. Aus ihr geht hervor, daß die Einwirkungsmöglichkeit
des Schalles, im vorliegenden Fall des Störschalles, am geringsten ist, wenn der
Schall aus der Richtung von go oder 27o° kommt. Das bedeutet aber, daß man von vornherein
an dem Mikrofon gemäß der Erfindung mit einer verringerten Störschallenergie zu
rechnen hat, weil man bei gerichtetem Störschall das Mikrofon entsprechend orientieren
kann bzw. weil bei ungerichtetem Störschall der aus seitlicher Richtung auftreffende
Anteil ausgeblendet wird. Bei dieser verringerten Energie wird nun der Nutzschall
dadurch über den Störpegel herausgehoben, daß man das Mikrofon möglichst nahe bespricht,
was ja an sich bekannt ist. Nun besitzt aber der Druckgradientenempfänger die besondere
Eigenschaft, daß er sich gegenüber Kugelwellen anders verhält als gegenüber ebenen
Wellen. Eine Kugelwellenwirkung besitzt aber eine Schallquelle, die sehr nahe an
den Empfänger herangebracht wird, im Gegensatz zu einer Schallquelle in beträchtlich
größerer Entfernung, welche die Wirkung von ebenen Wellen hervorruft. Betrachtet
man die antreibende Kraft, so besitzt diese, wenn sie in Form einer ebenen Schallwelle
auftritt, einen frequenzproportionalen Gang, dagegen in Form einer Kugelwelle, d.
h. bei genügend kleinem Abstand der Schallquelle vom Empfänger, ist sie zunächst
frequenzunabhängg. Für höhere Frequenzen wird sie frequenzproportional wie die ebene
Welle. Dies ist in Fig. q. dargestellt. Hier entspricht a) g der Grenzfrequenz,
c ist die Schallgeschwindigkeit und r der Besprechungsabstand. Der Gang der antreibenden
Kraft p ist in Abhängigkeit von der Kreisfrequenz a i dargestellt, und zwar für
die Kugelwelle durch die
Kurve a, für die ebene Welle durch
die Kurve b.
Der oberhalb einer Frequenz c) g liegende, mit c) bezeichnete
Teil der Kurve a ist linear abhängig von der Kreisfrequenz. Die unterschiedliche
Wirkung der antreibenden Kraft hat zur Folge, daß sich die bei einem Druckgradientenempfänger
übertragenen ebenen und Kugelschallwellen immer um einen bestimmten Betrag unterscheiden,
der um so größer ist, je tiefer die zu übertragende Frequenz ist. Trifft nun die
antreibende Kraft auf einen Druckgradientenempfänger auf, der in einer ebenen Schallwelle
eine geradlinige Frequenzkurve besitzt, so zeigt dieser infolge der unterschiedlichen
Wirkung der antreibenden Kraft für eine Kugelschallwelle einen Anstieg der Frequenzkurve
nach den tiefen Tönen zu. Der Anstieg erfolgt von einer um so höheren Frequenz ab,
je geringer die Entfernung zwischen Mikrofon- und Erregerzentrum der Kugelwelle,
d. h. der Schallquelle ist, wie aus Fig. 6 hervorgeht. In der Figur ist die Änderung
des Übertragungsmaßes mit der Frequenz bei verschiedenen Besprechungsabständen r
aufgetragen. Wie in Fig.2 dargestellt, verläuft der Anstieg des Frequenzganges gegen
die tiefen Frequenzen zu bei einer Kugelwelle, deren Mittelpunkt q. cm von der Membran
entfernt ist, nach der Kurve a. Aus ihr ergibt sich zum Beispiel, daß bei zoo Hz
hier die Empfindlichkeit um 22 db gewachsen ist gegenüber den hohen Frequenzen.
Es ist nun leicht, diese Frequenzkurve durch elektrische Mittel zu entzerren oder
einen solchen Druckgradientenempfänger zu verwenden, der von sich aus eine ansteigende
Frequenzcharakteristikhat. Gemäß der Erfindungwerden nun der Besprechungsabstand
und damit der vom Besprechungsabstand abhängige wirksame Frequenzgang des Druckgradientenempfängers
für die Kugelwelle und die angewandte Entzerrung aufeinander so abgestimmt, daß
der Frequenzgang für die Kugelwelle bis zu der vorgenannten Grenzfrequenz frequenzunabhängig
oder nahezu frequenzunabhängig verläuft. Dabei wird gleichzeitig erreicht, daß in
diesen Teil des Frequenzbandes der Frequenzgang für den Störschall abgesenkt wird.
Das Störgeräusch wird also gleichzeitig mit der Entzerrung geschwächt, oder Entzerrung
und Schwächung werden durch dieselbe Maßnahme erreicht. Diese Schwächung ist besonders
deswegen sehr wirksam, weil die Hauptkomponenten des störenden Geräusches bei den
tiefen und mittleren Frequenzen zu liegen pflegen (Maschinenlärm, Propellergeräusch).
Die beschriebene Einrichtung gestaltet sich demnach besonders einfach bei Benutzung
eines Empfängers, der für ebene Schallwellen eine proportional mit der Frequenz
ansteigende Empfindlichkeit besitzt, welche in Fig. 2 durch die Kurve b dargestellt
ist. Als resultierende Frequenzkurve für den Nutzschall ergibt sich die Kurve c,
während für das Störgeräusch die Kurve b gilt, so daß dieser wesentlich geschwächt
gegenüber dem Nutzschall ist.
-
Man kann in einfacher Weise ein solches Druck gradientenmikrofon dadurch
herstellen, daß ein reiner Druckgradientenempfänger mit einer einseitig beaufschlagten
Membran so abgeändert wird, daß seine schallaufnehmende Fläche beiderseitig dem
Schallfeld ausgesetzt wird. Ein so geändertes Mikrofon besitzt dann im ebenen Schallfeld
eine nach den tiefen Frequenzen abfallende Frequenzkurve. Diese wird jedoch für
den Nutzschall teilweise oder vollkommen dem zur Verfügung stehenden, nach den tiefen
Frequenzen zu ansteigenden Empfindlichkeitsverlauf für Kugelwellen (Kurve a in Fig.
2) kompensiert.
-
Wird diese Einrichtung für Empfänger anderer Art verwendet, so müssen
die Entzerrungsmittel den Eigenschaften dieser Empfänger angepaßt und der Besprechungsabstand
auf diese Entzerrungsmittel abgestimmt werden. In Fig. 5 sind Arten von Empfängern
dargestellt, die je nach der angewendeten Membranhemmung verschiedenartige Frequenzgänge
für die Kugelwelle aufweisen. Bei dem Empfänger I handelt es sich um einen solchen
mit rein elastischer Membranhemmung, d. h. mit hochabgestimmter Membran, II ist
ein Empfänger mit einer Massehemmung, d. h. mit tiefabgestimmter Membran, III ist
ein Empfänger mit reiner Reibungshemmung und IV ein Empfänger, dessen Resonanz bei
der Frequenz to g liegt, bei welcher die Kugelwellenwirkung in die Wirkung eines
ebenen Schallfeldes übergeht. A bedeutet den Frequenzgang für diejenigen Empfänger
I bis IV, die als Elongationsempfänger ausgebildet sind, und die Kurven B sind die
Frequenzkurven für die Empfänger I bis IV, die als Geschwindigkeitsempfänger ausgebildet
sind. Die Abhängigkeit der abgegebenen Spannung E von der Kreisfrequenz co ist in
der Fig. 5 durch die Bezeichnungen cu,
bzw. c)2, an den entsprechenden Kurven gekennzeichnet, je nachdem,
ob es sich um eine lineare oder quadratische Abhängigkeit handelt.
-
Zuweilen ist es aus mechanischen oder akustischen Gründen vorteilhaft,
für die Durchführung des beschriebenen Übertragungsverfahrens das Mikrofon in ein
Gehäuse einzubauen. Bei den kleinen Abmessungen der Empfänger in der geforderten
geringen Sprechentfernung ist es z. B. für Kommandozwecke leicht möglich, als Gehäuse
das Mikrotelefon eines Fernsprechapparates zu benutzen. Eine andere Ausführungsform,
bei der das Gehäuse gleichzeitig zur Fernhaltung von Störgeräuschen dient, ist in
Fig.3 dargestellt. Auf der einen Seite der dort dargestellten Röhre befindet sich
eine kleine Einsprechöffnung z. In der Mitte ist der Empfänger 2 angeordnet. Gleichzeitig
besitzt dort das Gehäuse symmetrisch angeordnete Öffnungen 3. Durch diese und durch
die akustische Auspolsterung q des Innenraumes werden Resonanzen vermieden.