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Es ist bekannt, daß man Membranen für Druckgradientenempfänger genügend
steif machen muß, um die hohen Frequenzen auf das eigentliche Wandlerelement, beispielsweise
auf die Schwingspule eines dynamischen elektroakustischen Wandlers, zu übertragen.
Es ist ferner bekannt, daß bei derartigen Membranen die untere Grenzfrequenz dann
etwa im Gebiet zwischen 150 und 200 Hz liegt. Um den Frequenzbereich durch akustische
Mittel nach tieferen
Frequenzen hin zu erweitern, ist es ferner
bekannt, an die Membran Luftstöpsel als zusätzliche Massebelastung anzukoppeln.
Es ist ferner bekannt, den Membranantrieb bei tiefen Frequenzen durch besonders
große Umwege im rückwärtigen Eingang zu vergrößern oder sogar mehrere getrennte
Systeme, beispielsweise eines für die tiefen Frequenzen und ein weiteres für die
hohen Frequenzen, zu verwenden.
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Es ist ebenfalls bekannt, den Staudruckeffekt im Gebiet der hohen
und höchsten Frequenzen an der verhältnismäßig großen Membran auszunutzen, um in
diesem Frequenzgebiet eine brauchbare Richtwirkung zu erhalten.
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Diese Technik hat den Nachteil, daß sie bei den heute geforderten
Wandlern mit kleinem Membrandurchmesser nicht zu der gewünschten Qualität hinsichtlich
Frequenzband, frequenzkonstanter Bündelung und Rauschabstand führt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Schwierigkeiten zu vermeiden
und zu bewirken, daß die hohen und höchsten Frequenzen, die von dem nachgiebigen
Randteil der Membran, beispielsweise dem Sickenteil, schlecht übertragen werden,
im wesentlichen nur dem von Natur her steifen Mittelteil der Membran, beispielsweise
der Kalotte, mittels besonderer akustischer Anpassungselemente an das Schallfeld
bevorzugt zugeführt werden. Dadurch entsteht bei hohen und höchsten Frequenzen an
dem Mittelteil der Membran ein stark erhöhter Schalldruck und somit ein großer Membranantrieb.
Bei geeigneter Dimensionierung der akustischen Anpassungselemente, z. B. mittels
einer Trichteranordnung, kann eine sehr gute Bündelung im oberen Frequenzband erreicht
und diese in ihrer Form an die Druckgradienten-Charakteristik im übrigen Frequenzband
des Mikrofons angeglichen werden. Die Erfindung sieht ferner vor, im übrigen Frequenzband
und besonders im unteren Frequenzband die gesamte Membran, d. h. also das Mittelteil
und das nachgiebige Randteil, an das Schallfeld anzukoppeln. Da das nachgiebige
Teil keine Frequenzen im obersten Frequenzband etwa oberhalb 7 bis 8 kHz zu übertragen
braucht, kann es sehr weich gemacht werden. Auf diese Weise wird die Resonanzfrequenz
der Membran in sehr einfacher Weise weiter nach tiefen Frequenzen hin verlagert.
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Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß das akustisch
wirksame Element (2; 4; 6) vor der Membran (1) eines Mikrofons für das Mittelteil
(1.1) der Membran, beispielsweise die Kalotte, und für das Randgebiet (1.2) der
Membran, beispielsweise das Sickenteil, getrennte Ankopplungswege (2.1; 2.2) an
das Schallfeld in Richtung (3) zur Schallquelle bildet und daß dieses Element (2;
4; 6) zum Trennen dieser Ankopplungswege nahe an der Membran mit einer dicht vor
der Membranfläche verlaufenden Abdeckfläche (2.3; 6.1), beispielsweise einer Ringfläche,
ein flaches Volumen (2.31; 6.11) begrenzt, dessen Ankopplungsquerschnitt (2.32;
2.33; 6.2) zum zugehörigen Ankopplungsweg (2.1; 2.2; 2.21; 2.22) kleiner ist als
die von dem wirksamen Element (2; 6) nicht abgedeckte Fläche (1.11) des Mittelgebietes
(1.1) und/oder des Randgebietes (1.22) der Membran.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
die Höhe (2.31; 6.11) des flachen Volumens zwischen der Membranfläche und der Abdeckfiäche
konstant oder nahezu konstant ist.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Höhe des flachen Volumens zwischen der Membran (1) und der Abdeckfläche
(2.3) von der Ankopplungsstelle des flachen Volumens an den zugehörigen Ankopplungsweg
(2.1; 2.2) beginnend, sich in Richtung zum eigentlichen elektroakustischen Wandlerelement,
beispielsweise der Schwingspule (5), zumindest auf einem Teil dieses Weges verengt.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß die getrennten Ankopplungswege (2.1; 2.2) Ankopplungselemente (2.11; 2.21; (2.22)
zwischen den ihnen zugeordneten Gebieten der Membran (1.1; 1.2) und dem freien Schallfeld
-bilden, beispielsweise in Form von Trichtern (2.11; 2.22), offenen Pfeifen (2.21),
Kettenleitern od. dgl.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest eins der getrennten Ankopplungselemente ein bestimmtes. Frequenzgebiet,
beispielsweise das oberste Frequenzband, bevorzugt.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß das flache Volumen nur einen Teil des Mittelgebietes (1.1) abdeckt.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß das flache Volumen nur einen Teil des Randgebietes (1.22) abdeckt.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß das flache Volumen sowohl einen Teil des Mittelgebietes (1.1) als auch einen
Teil des Randgebietes (1.22) abdeckt.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der das Anpassungselement für
das Mittelgebiet der Membran ein Trichter ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß der
Durchmesser der auf die Schallquelle ge-.richteten Trichteröffnung(2.110) größer
ist als der Außendurchmesser des flachen Volumens.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß der vorwiegend ringförmige Schalleinlaß am Außenrand der Membran durch ein Mantelteil
(4) begrenzt wird, dessen Man--telfläche etwa parallel zur Mittelsenkrechten der
Membranfläche verläuft.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß das von der Mantelfläche umschlossene Volumen eine offene Pfeife (2.21) bildet.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Länge der offenen Pfeife kleiner ist als der halbe Durchmesser der Membran.
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Eine weitere Ausgestaltung der'Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß der vorwiegend ringförmige Schalleinlaß einen Ringzylinderquerschnitt besitzt.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,-daß
das Manfelteil (4), welches einen vorwiegend ringförmigen Schalleinlaß (2.21) umschließt,
auf seiner Mantelfläche mindestens zwei Öffnungen oder Öffnungsgebiete, z.- B.
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Lochkränze, trägt, die zur Ankopplung an das umgebende Schallfeld
dienen und die verschiedene Abstände von der Membran haben und mit akustischen Widerständen
belegt sind, wobei die akustischen Widerstände der Öffnungen oder Öffnungsgebiete
mit zunehmendem Abstand von der Membran kleiner werden.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet,
daß der vorwiegend ringförmige Schalleinlaß im Gebiet des Außenrandes der Membran
durch ein trichterförmiges Mantelteil (6) begrenzt wird, wobei die Mittelachse dieses
Trichters etwa parallel zur Mittelsenkrechten der Membranfläche verläuft.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
der kleinste Durchmesser des trichterförmigen Mantelteiles kleiner ist als der Außendurchmesser
des Sickenteiles der Membran.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
die Membran im Mittelteil (1.1), beispielsweise im Kalottenteil, verstärkt ist.
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Die Fig. 1 bis 4 sollen die Erfindung erläutern.
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Die Figur zeigt eine schematische Darstellung der Erfindung. Die
Membran, beispielsweise für ein dynamisches Mikrofon, ist mit 1 bezeichnet. Ihr
Mittelgebiet, in diesem Falle die Kalotte, ist mit 1.1, das Randgebieti, hier das
Sickenteil, ist mit 1.2 bezeichnet. Der Mantel 1.21 dient in bekannter Weise zum
Zentrieren und Befestigen der Membran auf dem Magnetteil.
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Das akustisch wirksame Element ist mit 2 bezeichnet. Es trennt die
durch die Pfeile 2.1 und 2.2 symbolisierten Ankopplungswege der gesamten Membran
zum Schallfeld voneinander. Der Pfeil 3 zeigt in Richtung zur Schallquelle. Der
Ankopplungsweg 2.1 koppelt das Mittelteil der Membran an das Schallfeld. Er bildet
in diesem Beispiel einen kurzen Kreiszylinder, der im Bedarfsfalle auch zu einem
Röhrchen in seinem Durchmesser verkleinert werden kann. Der Ankopplungsweg 2.2 koppelt
das Randgebiet der Membran an das Schallfeld an. Er ist in diesem Beispiel durch
die Außenkante 2.4 des akustisch wirksamen Elementes 2 und durch den äußeren Durchmesser
des Randgebietes der Membran begrenzt. Er bildet somit etwa eine Kreisringfläche.
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Damit der über den Ankopplungsweg 2.1 einfallende Schall im wesentlichen
nur auf dem Mittelteil 1.1 der Membran wirksam wird, begrenzt das akustisch wirksame
Element 2 mit seiner der Membran zugewendeten Abdeckfläche 2.3 ein flaches Volumen
2.31. Es ist über den Ankopplungsquerschnitt 2.32 an den Ankopplungsweg 2.1 angekoppelt.
Der Ankopplungsweg ist in diesem Beispiel ein flacher Kreiszylinder. Sein Kreisquerschnitt
begrenzt im wesentlichen die von dem wirksamen Element2 nicht abgedeckte Fläche
1.11 des Mittelgebietes 1.1. Nach dem Erfindungsvorschlag soll der Ankopplungsquerschnitt2.32
kleiner sein als die von dem wirksamen Element 2 nicht abgedeckte Fläche 1.11 des
Mittelgebietes 1.1. Die Größe des Ankopplungsquerschnittes 2.32 errechnet sich in
diesem Falle aus der Höhe des flachen Volumens und seinem Umfang an seiner Mündung
in den zugehörigen Ankopplungsweg 2.1.
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Dieser Ankopplungsquerschnitt ist also die Mantelfläche eines sehr
flachen Kreiszylinders, dessen Höhe sehr gering ist und dessen Durchmesser sehr
groß gegenüber dieser Höhe ist. Auf diese Weise besitzt das flache Volumen 2.31
eine große akustische Impedanz, und die gesamte durch den Ankopplungsweg 2.1 auf
das nicht von dem akustisch wirksamen Element 2 abgedeckte Fläche 1.11 des Mittelteiles
1.1 der Membran zugeführte Schalleistung wird am Mittelteil der Membran wirksam.
Andererseits wird die über den Ankopplungsweg2*2 dem Randgebiet 1.2 zugeführte Schalleistung
nur auf dem Randgebiet der Membran wirksam, wenn nach dem Erfindungs-
vorschlag sichergestellt
ist, daß der Ankopplungsquerschnitt 2.33 des flachen Volumens 2.31 kleiner ist als
die vom wirksamen Element 2 nicht abgedeckte Fläche des Randgebietes. Diese Fläche
wird sinngemäß zur Fläche 1.11 etwa durch die Fläche 1.12 symbolisiert. Es ist die
Projektion der gewölbten Randfläche 1.2 der Membran auf die als Ebene gedachte gesamte
Membranfläche.
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Die F i g. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Bezeichnungen 1; 1.1; 1.11; 1.12; 1.2; 2; 2.2; 2.3; 2.31; 2.32; 2.33 entsprechen
der Darstellung zu Fig. 1. Mit 1.210 ist eine bekannte horizontale Befestigungsfläche
bezeichnet, die zum Befestigen der Membran, beispielsweise auf dem Magnetgehäuse,
dient. Dieses dargestellte Beispiel zeigt, daß der Ankopplungsweg 2.1 der Fig 1
in Fig.2 ein Ankopplungselement zum freien Schallfeld 2.11 in Form eines Trichters
bildet Durch die Form des Trichters, beispielsweise ein Exponentialtrichter, durch
seine Länge und seinen kleinsten Querschnitt und den Querschnitt seiner Ankopplungsöffnung
kann er einem definierten Frequenzgebiet, beispielsweise oberhalb 7 bis 9 kHz zugeordnet
werden, zum Beeinflussen des Frequenzganges und der Form der Richtcharakteristik
des Mikrofons.
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Die Figur zeigt ferner, daß der Durchmesser2.110 der auf die Schallquelle
gerichteten Öffnung des Trichters 2.11 größer ist als der Außendurchmesser des flachen
Volumens 2.31. Dieser Außendurchmesser ist gegeben durch den Durchmesser des Ringes,
der den Ankopplungsquerschnitt 2.33 bildet.
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Die Fig. 3 zeigt ein weiteres Anwendungsbeispiel für die Erfindung.
Die Bezeichnungen 1; 1.2; 1.21; 2; 2.11; 2.3; 2.31; 2.32; 2.4 entsprechen den Fig.
1 und 2. Den Ankopplungsweg 2.2 bildet ein Ankopplungselement 2.21 zum freien Schallfeld
in Form einer offenen Pfeife mit Ringquerschnitt. Die offene Pfeife wird durch den
Zylindermantel 4 nach außen begrenzt. Seine Mantelfläche läuft etwa parallel zur
Mittelsenkrechten auf der Membran. Nach innen ist die offene Pfeife durch die Außenfläche
2.5 des Teiles 2 begrenzt. Durch entsprechende Dimensionierung kann die Wirkfrequenz
der offenen Pfeife 2.21 beispielsweise in das Gebiet von 5 bis 8 kHz gelegt werden.
Wird der Mantel 4 der offenen Pfeife mit mehreren Öffnungen versehen, die zur Ankopplung
an das umgebende Schallfeld dienen und die verschiedene Abstände von der Membran
haben und mit akustischen Widerständen belegt sind, wobei die akustischen Widerstände
der Öffnungen mit zunehmendem Abstand von der Membran kleiner werden, so entsteht
eine verhältnismäßig breitbandige offene Pfeife, die beispielsweise das gesamte
Gebiet von etwa 4 bis 8 kHz bevorzugt. Auf diese Weise ist es möglich, den in der
Regel oberhalb 7 bis 8 kHz wirksamen Trichter 2.1111 unterhalb dieses Gebietes noch
zu ergänzen, zum Beeinflussen des Frequenzbandes und der Bündelung des Mikrofons.
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Die F i g. 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Bezeichnungen 1; 1.1; 2; 2.11; 2.3; 2.32; 2.33 entsprechen den Bezeichnungen
der Fig. 2. Abweichend von dem in F i g 2 dargestellten Beispiel ist die Höhe des
flachen Volumens 2.31 nicht konstant. Seine Höhe verringert sich vom Ankopplungsquerschnitt
2.32 in Richtung zur Schwingspule 5 bis etwa zu dem mit A bezeichneten Gebiet auf
die verkleinerte Höhe 2.321. Diese bleibt dann bis zum Ankopplungsquerschnitt 2.33
konstant. Diese
Darstellung schließt selbstverständlich nicht aus,
daß die Höhenverringerung sich auch bis zum Ankopplungsquerschnitt 2.33 über das
gesamte flache Volumen hinziehen kann. Auch bei diesem Beispiel wird die Bedingung
erfüllt bleiben, daß der Ankopplungsquerschnitt 2.32 immer noch etwas kleiner ist
als die vom wirksamen Element 2 nicht abgedeckte Fläche 1.11 des Mittelgebietes
1.1. Mit der auf diese Weise verkleinerten Eingangsimpedanz des flachen Volumens
2.31 vom Ankopplungsweg 2.11 bzw. auch 2;1 her gesehen erreicht man, daß die vom
einfallenden Schall beaufschlagte Fläche 1.1 des Membranmittelteiles vergrößert
wird. Die spezifischen Flächenbelastung dieses Membranteiles wird verringert und
unerwünschte Membrandeformationen bei hohen Amplituden hoher Frequenzen, beispielsweise
bei Pop-Musik, werden vermieden. Diese Deformationen haben sich als Quelle von linearen
und nichtlinearen Verzerrungen erwiesen. Weiterhin zeigt die Fig.4 noch ein Beispiel
für die Ausgestaltung des Ankopplungsweges 2.2. Er bildet ein akustisches Ankopplungselement2.22
in Form eines Ringtrichters, dessen Achse etwa parallel zur Mittelsenkrechten der
Membranfläche verläuft. Im Gebiet des Außenrandes der Membran ist er durch ein trichterförmiges
Mantelteil 6 begrenzt. Die Innenbegrenzung des Ringtrichters geschieht durch die
Außenfläche 2.4 des Elementes 2. Das Mantelteil 6 ist gleichzeitig so geformt, daß
es mit seiner dem Randteil 1.2 zugewendeten Fläche 6.1 ein flaches Volumen 6.11
begrenzt. Dessen Ankopplungsquerschnitt 6.2 an den Ankopp-
lungsweg 2.22 soll nach
dem Erfindungsvorschlag kleiner sein als die nicht abgedeckte Fläche des Randgebietes
der Membran.
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Die Fig. 1 bis 4 zeigen verschiedenartige Beispiele der Erfindung.
Sie können beliebig miteinander kombiniert oder vertauscht werden. Die akustischen
Elemente, z. B. die Trichter oder die offene Pfeife, können je nach den gestellten
Anforderungen geformt und bemessen sein. Auch sind Kombinationen von Trichtern mit
akustischen Leitungen od. dgl.
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als akustische Ankopplungselemente möglich. Die Erfindung beschränkt
sich nicht auf die dargestellten Beispiele von akustischen Ankopplungselementen.
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Es können beliebige andere akustische Impedanzen, wie Röhrchen, oder
spezielle Resonatoren, wie Radialresonatoren, als spezielle Ankopplungsele.
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mente oder Teile von Ihnen verwendet werden.
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Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß es sehr vorteilhaft
ist, das Mittelteil (1.1) der Membran, beispielsweise die Kalotte, mechanisch zu
verstärken.
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Für diese Verstärkung können Materialverstärkungen durch Kleben, Schweißen
od. dgl. angebracht werden oder Nuten eingeprägt werden, auch kann das Mittelteil
der Membran von vornherein aus stärkerem Material hergestellt werden. Durch die
Verstärkung werden unerwünschte Membrandeformationen bei hohen Schalldrücken vermieden.
Es wird die gesamte auf die Membran fallende Schalleistung dem elektroakustischen
Wandler zugeführt und in elektrische Leistung umgesetzt. Lineare und nichtlineare
Verzerrungen werden vermieden.