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Bändchenmikrophon mit nierenförmiger Richtcharakteristik
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die Rückseite des Bändchens den Abschluss einer mit Dämpfungsmaterial gefüllten Röhre bildet und aus dem den Bändchen zunächst liegenden Teil der Röhre Öffnungen vorgesehen sind, führte ebenfalls nicht zu einem befriedigen- den Ergebnis. Es hat sich gezeigt, dass es nicht möglich ist, die durch die Öffnung eintretenden
Schallwellen so zu beeinflussen, dass sie mit gleicher Intensität und Phase auf beide Seiten des Bändchens treffen.
Indes haben Versuche ergeben, dass bei einem
Bändchenmikrophon eine präzise nierenförmige
Richtcharakteristik im ganzen Tonfrequenz- bereich entsteht, wenn zwei im wesentlichen flächenparallel hintereinander angeordnete, zweckmässig in den schwingungsmechanischen Eigen- schaften gleiche Bändchen so angeordnet werden, dass sich zwischen ihnen und den seitlich in geringem Abstand befindlichen Magnetpolen eine Kammer bildet, die mit einem eine konstante akustische Impedanz darstellenden, nach aussen abgeschlossenen Raum in Verbindung steht, wobei nur eines der beiden Bändchen zur Erzeugung der EMK, das andere hingegen nicht zur elektrodynamischen Umwandlung herangezogen wird, sondern lediglich zur akustisch-mechanischen Beeinflussung der auf die Rückseite des elektrisch wirksamen Bändchens auftreffenden Schallwellen dient.
Diese den Hauptgegenstand der Erfindung bildende Anordnung der Bändchen ermöglicht aber auch die Herstellung einer kugel-oder einer achterförmigen Richtcharakteristik, wenn das zweite Bändchen ebenfalls zur elektrodynamischen Umwandlung verwendet wird. Zu diesem Zwecke werden die Bändchen elektrisch zusammengeschaltet. Es entsteht dann je nach der Polung die eine oder andere Richtcharakteristik.
Die Zeichnung veranschaulicht Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes zur Erläuterung der die Erfindung kennzeichnenden Gedanken, u. zw. zeigt Fig. 1 eine prinzipielle Anordnung der für die Erklärung der Wirkungweise wichtigsten Teile eines Mikrophons gemäss der Erfindung, Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 das äquivalente elektrische Ersatzschaltbild hiezu, Fig. 4 eine gegenüber Fig. 1 erweiterte und verbesserte Ausbildung eines Mikrophons, die überdies gestattet, beide Bändchen zur elektrodynamischen Um-
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wandlung heranzuziehen, um wahlweise nieren-, kugel-oder achterförmige Richtcharakteristik durch elektrische Umschaltung herzustellen, Fig. 5 einen Querschnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 4 und Fig. 6 das äquivalente elektrische Ersatzschaltbild hiezu.
Fig. 7 erläutert die Überlagerung des Druckes und des Druckunterschiedes im ebenen Schallfeld.
Die Wirkungsweise des Mikrophons soll an Hand der Fig. 1 bzw. mit Hilfe des Ersatzschaltbildes gemäss Fig. 3 erklärt werden. Zum Zwecke der Überlagerung der kugelförmigen mit der achterförmigen Richtcharakteristik, durch die die nieren-
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chen der Druck D, der sie gegeneinander zu verschieben sucht, und der Druckgradient DG, der eine Parallelbewegung der Bändchen unter Mitnahme der eingeschlossenen Luft hervorruft, einwirken. Die Bewegung der Bändchen, die aus einem möglichst leichten, elektrisch leitenden
Material (z. B. Aluminium) bestehen, liefert im magnetischen Kraftfeld, das in bekannter Weise erzeugt wird, eine der Schnelle proportionale EMK. Diese wird an den Bändchenenden a und b abgenommen. Das nicht zur elektrischen
Umwandlung verwendete Bändchen kann unter
Umständen auch aus elektrisch nicht leitendem
Material bestehen.
Die Erfindung sieht weiters, wie Fig. 1 veranschaulicht, vor, dass durch die infolge der Riffelung sehr wenig gespannte
Aufhängung der Bändchen die Eigenschwingung an der unteren Grenze des Tonfrequenzbereiches liegt und an die zwischen den Bändchen und den seitlichen Polen P gebildete Kammer K eine für Schallwellen möglichst konstante Impedanz Z angeschlossen ist. Diese Impedanz kann, wie in Fig. 1 beispielsweise veranschaulicht, durch einen mit Dämpfungsmaterial gefüllten röhrenförmigen Hohlraum gebildet werden. Zweckmässig weist dieser Hohlraum keine Öffnung nach aussen auf. Die tiefe Eigenfrequenz der Bändchen dient zur Kompensation des mit zunehmender Frequenz ansteigenden Druckgradienten. Die konstante Impedanz Z bewirkt konstante Schnelle der Bändchen bei konstanter antreibender Kraft, die durch den Schalldruck gegeben ist.
Fig. 7 a und c lassen erkennen, dass bei senkrechtem Schalleinfall S auf ein Bändchen das jeweils abgekehrte Bändchen überhaupt keine Bewegung macht, da der Druckgradient dem Druck entgegenwirkt. Bei seitlichem Schalleinfall S (Fig. 7 b) ist der Druckgradient Null, so dass beide Bändchen dem Druck D ausgesetzt sind.
Besonders klar werden die Zusammenhänge erkennbar, wenn eine Berechnung der mechanischen und akustischen Grössen durchgeführt wird. Die Anordnung der Bändchen und der Polschuhe wird etwa so getroffen, dass der Weg von der Aussenseite des einen Bändchens um die Polschuhe P herum zur Aussenseite des anderen Bändchens etwa der halben Wellenlänge des höchsten zu übertragenden Tones entspricht. Bei dieser Frequenz ist im ebenen Schallfeld mit der Druckamplitude A die Grösse des Druckgradienten 2A. Wird die obere Grenzfrequenz mit 10.000 Hertz angenommen, dann ist bekannt-
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333 den Druckgradienten zur Auslöschung zu bringen, ist die Schnelle der Bändchen so zu beeinflussen, dass sie von gleicher Grösse werden.
Da für den Antrieb durch den Druckgradienten nur
2 der-site Teil der Druckamplitude A wirksam
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so gross sein als die Impedanz der Bändchen allein. Darin liegt die Notwendigkeit und die Bedeutung der Impedanz Z. Ihre genaue Justierung ist für die Erzielung der Nierencharakteristik erforderlich. Es kann jedoch erwünscht sein,
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um 90 0 nacheilende Schnelle ergibt. Diese beiden Phasenverschiebungen heben einander auf, so dass zwischen der vom Druck hervorgerufenen und der durch den Druckgradienten bewirkten Schnelle Phasengleichheit besteht.
Fig. 4 stellt gegenüber Fig. 1 eine erweiterte Ausführungsform dar. Zwischen den Bändchen Mi und M2 und den Magnetpolen bildet sich wieder eine Luftkammer K mit der Steifigkeit D1.
Diese Kammer steht über akustische Reibungswiderstände R, die durch enge Schlitze s gebildet sein können und eine kurze enge Röhre mit der akustischen Masse M3 mit Luftkammern D2 bzw. D3 in Verbindung. In Fig. 6 sind die den mechanischen und akustischen Grössen entsprechenden elektrischen Schaltelemente dargestellt. Durch die geschilderte Anordnung wird eine bessere Konstanz der Impedanz Z über einen weiten Frequenzbereich erzielt. Das die Kammer K mit dem Luftraum D3 verbindende
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messungen so gewählt, dass seine Länge unter der kürzesten Schallwellenlänge liegt und die in ihm enthaltene Luftmenge bezogen auf die
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Fläche des Bändchens ein Vielfaches der Bänd- chenmasse beträgt. Gegebenenfalls können die
Kammern D2 und D3 zu einer einzigen Kammer vereinigt werden.
Wie in Fig. 1 erfolgt auch hier die Abnahme der EMK an den Enden a, b des Bändchens M1.
Um von der Nierencharakteristik auf die kugel- oder achterförmige Richtcharakteristik überzu- gehen, ist es erforderlich, das zweite Bändchen M2 elektrisch mit dem Bändchen M1 zu verbinden.
Je nach der Polung der Bändchenenden c, d gegenüber den Enden a, b entsteht eine kugel- oder eine achterförmige Charakteristik. Die elektrische Zusammenschaltung der beiden Bänd- chen könnte zum selben Zwecke auch bei der
Anordnung gemäss Fig. 1 vorgesehen werden.
Bei der Zusammenschaltung der Bändchen können auch elektrische Widerstände einge- schaltet werden, wodurch Richtcharakteristiken der verschiedensten Formen erzielbar sind.
Bei der Ausführungsform gemäss den Fig. 4 und 5 können die Kammern D2, D3 in Übereinstimmung mit der Anordnung nach Fig. 1 ganz oder teilweise mit Dämpfungsmaterial wie z. B. Watte, Filzpackungen od. dgl. ausgefüllt sein. Ausserdem wäre es möglich, in beiden Ausführungsfällen (Fig. 1 und Fig. 4) unter Umständen auch die zwischen den Bändchen Mi, M2 liegende Kammer K ganz oder teilweise mit einer Füllung aus dämpfenden Stoffen z. B. der vorerwähnten Art zu versehen. Hiebei muss Bedacht genommen werden auf eine Beibehaltung der Bewegungsfreiheit der Bändchen, was z. B. dadurch geschieht, dass die dämpfenden Stoffe, vorzugsweise Textilgewebe, an einem gesonderten Träger, etwa einem perforierten Blechstreifen, in für die Bewegungsfreiheit der Bändchen notwendigen Abstand angebracht sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Bändchenmikrophon mit nierenförmiger
Richtcharakteristik, dadurch gekennzeichnet, dass zwei im wesentlichen flächenparallel, zweckmässig in den schwingungsmechanischen Eigenschaften gleiche, tiefabgestimmte Bändchen hinterein- ander derart angeordnet sind, dass zwischen ihnen und den seitlichen in geringem Abstand befindlichen Magnetpolen eine Kammer entsteht, die mit einem eine konstante akustische Impedanz darstellenden vorzugsweise nach aussen abge- schlossenen Raum in Verbindung steht, wobei nur das eine Bändchen zur Erzeugung der EMK verwendet wird, während das zweite nur zur akustisch-mechanischen Beeinflussung der auf die Rückseite des elastisch wirksamen Bändchens auftreffenden Schallwellen dient.