DE754291C

DE754291C - Microphones and loudspeakers with directional characteristics

Info

Publication number: DE754291C
Application number: DEE47055D
Authority: DE
Original assignee: Electrical Research Products Inc
Current assignee: Electrical Research Products Inc
Priority date: 1934-06-09
Filing date: 1935-06-09
Publication date: 1952-10-20

Description

Mikrophone und Lautsprecher mit Richtcharakteristik Es sind Mikrophone und Lautsprecher bekannt, deren Richtcharakteristik im Bereich hoher Frequenzen von der Richtcharakteristik im Bereich tiefer Frequenzen im Sinne: einer Bevorzugung des in Richtung der Mittelachse einfallenden Schalles abweicht.Microphones and loudspeakers with directional characteristics They are microphones and loudspeakers known whose directional characteristics are in the range of high frequencies of the directional characteristic in the range of low frequencies in the sense of: a preference of the incident sound deviates in the direction of the central axis.

Die Erfindung löst die Aufgabe" die Charakteristik für alle Frequenzen möglichst gleichzumachen. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß in einem durch die Charakteristik bedingten Abstand von der Membran eine halbschalldurchlässige Vorrichtung, die im Winkelbereich um die Mittelachse auftreffende Schallstrahlen im Bereich höherer Frequenzen stärker dämpft als im Bereich niedrigerer Frequenzen, derart angeordnet ist, daß aus anderen Winkelbereichen auftreffende Schallstrahlen durch die Vorrichtung nicht geschwächt werden.The invention solves the problem of "the characteristic for all frequencies to make the same as possible. This is achieved according to the invention in that in a distance from the membrane caused by the characteristic a semi-acoustically permeable Device, the sound rays impinging in the angular range around the central axis attenuates more strongly in the range of higher frequencies than in the range of lower frequencies, is arranged such that sound beams impinging from other angular ranges are not weakened by the device.

Es war beim Mikrophon bereits: bekannt, eine kugelförmige schalldurchlässige - Umhüllung vorzusehen. Diese Umhüllung diente als Windschutz. und ist zur Lösung der Erfindungsaufgabe deswegen nicht geeignet, weil durch sie alle Schallstrahlen unabhängig vom Einfal.ls.winkel gleichmäßig gedämpft werden.With the microphone it was already known: a spherical sound-permeable - Provide covering. This cover served as a windbreak. and is to the solution The task of the invention is therefore unsuitable because it travels through all the sound beams be evenly attenuated regardless of the angle of incidence.

Es ist ferner bekannt, vor Lautsprechern feste und bewegliche schalldurchlässige: 7_erstreuungskörpeir anzuordnen. Derartige Ze:rstreuungskörp.er haben eine Reflexionswirkung und nicht eine Dämpfungswirkung, von der die Erfindung aus geht; sie: sind also. auch nicht geeignet. die Charakteristik für alle Frequenzen möglichst gleichzumachen.It is also known to have fixed and movable sound-permeable in front of loudspeakers: 7_distribution baskets to be arranged. Such scattering bodies have a reflective effect and not a damping effect from which the invention is based; so you are. even not suitable. to make the characteristics as equal as possible for all frequencies.

Die Erfindung und weitere Einzelheiten ivorden an Hand der Abbildungen beispielswemse erläutert: Abb. i ist ein Seitenriß einer Vorrichtung nach der Erfindung; Abb. 2 zeigt einen Blick von vorn mit teilweiseweggelassenem Schirm; Abb. 3 sind die: Mittel der Abb. i, welche durch Beugung die Empfindlichkeit des Mikrophons ändern, einzeln dargestellt; Abb..I ist ein Seitenriß des. Mikrophons nach: Abb. i, teilweise geöffnet und im Schnitt; Ab@b.5 ist ein Seitenriß einer anderen.The invention and further details are shown on the basis of the figures by way of example: Fig. i is a side elevation of a device according to the invention; Fig. 2 shows a view from the front with the screen partially removed; Fig. 3 are the: means of Fig. i, which by diffraction the sensitivity of the microphone change, shown individually; Fig..I is a side elevation of the microphone according to: Fig. i, partially open and in section; Ab@b.5 is a side elevation of another.

Dämpfungsvorrichtung nach der -Erfindung; Abb. 6 zeigt die Vorderansicht zur Abb. 5; Abb. 7 7#e:igt Frequenzlturven- für' ein Mikrophon nach Ab:b..I in Abhängigkeit vom Einfallwinkel der Schallwellen; Abb. 8 zeigt Frequenzkurven für dieselben Einfaliwi.nkel des Schalles für eine Vorrichtung nach Abb. i ; Abb.9 zeigt Frequenzkurven, die bei der Verwendung eines anderen Schirms entstehen. Die akustische Vorrichtung der Abb. i bis 4 besteht aus einem Mikrophon oder Schallstrahler io, der in Abhängigkeit des Schalldruckes arbeitet, beispielsweise an einem elektrostatischen Mikrophon. Das Mikrophon besteht aus einem Gehäuse i i mit einem zylinderförmigen. vorderen Teil 12, mit einem offenen Ende 13 und einem kegelförmigen Teil 1q.. Eine Membran 15, beispielsweise von geringem Gewicht und großer mechanischer Festigkeit, wie sie durch Aluminium oder eine Aluminiumverbindung gegeben ist, vorzugsweise gezogen, sitzt am vorderen offenen Ende des Gehäuses und ist mit ihrem Rande daran befestigt, z. B. durch einen Klemmring 16; dabei ist die eine:, und. zwar die äußere Oberfläche den Schallwellen ausgesetzt. Eine feststehende Elektrode 17 sitzt innerhalb des. Gehäuses in sehr geringem Ab- stand von -der inneren Oberfläche der Membran. Die: Empfindlichkeit einer solchen Vorrichtung, welche: mit einem zylindrischen Ende 18 (Fig. 7) zur Unterbringung eines Verstärkers versehen ist, in Abhängigkeit von den verschiedenen Einfallwinkeln des. Schalles auf freiem Feld ist in Abb.7 dargestellt. Man bemerkt, daß, wenn der Einfallwinkel zwischen o und 9c00 geändert wird, die Fre:quen:zabhängigkeit zwischen 2000 und i5ooo Hz sehr unterschiedlich und wesentlich größer ist als bei senkrechtem Einfall. Zwischen 9o und i8o° ist die. Abhängigkeit gering und die Abnahme gegen die go°-Kurve, nur gering. Der Hohlraum i9 vor der Membran erzeugt, I obschon so klein wie möglich gestaltet, eine Resonanz, welche dahinwirkt, daß die: hohen Frequenzen angehoben werden. In der Hauptsache: jedoch hat die Zunahme der Empfindlichkeit bei hohen Frequenzen ihren Grund in Beugungserscheinungen an denn Mikrophongehäuse. Während die Resonanz des Hohlraumes unabhängig vom Einfallwinkel des Schalles ist, nehmen die Beugungseffekte sehr erheblich ab, wenn das Mikrophon schräg zur Strah:lenrichtung gedreht wird. Bei nicht senkrechtem Einfall ist der Schalldruck für verschiedene Punkte der Membran nicht konphas, so daß ein zusätzlicher und rascher Abfall der Empfindlichkeit bei hohen Frequenzen eintritt.Damping device according to the invention; Fig. 6 shows the front view of Fig. 5; Fig. 7 7 # e: igt frequency curve for 'a microphone according to Ab: b..I as a function of the angle of incidence of the sound waves; Fig. 8 shows frequency curves for the same angle of incidence of the sound for a device according to Fig. I; Figure 9 shows frequency curves that arise when using a different screen. The acoustic device of Figs. I to 4 consists of a microphone or sound emitter io, which works as a function of the sound pressure, for example on an electrostatic microphone. The microphone consists of a housing ii with a cylindrical. front part 12, with an open end 13 and a conical part 1q .. A membrane 15, for example of low weight and great mechanical strength, as given by aluminum or an aluminum compound, preferably drawn, sits at the front open end of the housing and is attached to it with its edge, e.g. B. by a clamping ring 16; one of them is :, and. although the outer surface is exposed to the sound waves. A stationary electrode 17 sits inside the housing at a very small distance from the inner surface of the membrane. The sensitivity of such a device, which: is provided with a cylindrical end 18 (Fig. 7) for accommodating an amplifier, as a function of the different angles of incidence of the sound in the free field is shown in Fig.7. One notices that if the angle of incidence is changed between 0 and 900, the frequency dependence between 2000 and 15000 Hz is very different and much greater than with normal incidence. It is between 9o and 18o °. The dependency is low and the decrease against the go ° curve is only slight. The cavity 19 in front of the membrane, although made as small as possible, generates a resonance which has the effect that the high frequencies are raised. Mainly: however, the increase in sensitivity at high frequencies is due to diffraction phenomena on the microphone housing. While the resonance of the cavity is independent of the angle of incidence of the sound, the diffraction effects decrease considerably if the microphone is rotated at an angle to the direction of the beam. If the incidence is not perpendicular, the sound pressure is not conphas for different points on the membrane, so that an additional and rapid drop in sensitivity occurs at high frequencies.

Nach der Erfindung kann ein Mikrophon mit einer wesentlich gleichförmigeren Empfindlichkeit in be:zug auf den Einfallwinkel des Schalles dadurch erzeugt werden, daß vor dem Mikrophon io ein Schallschlucker oder ein die Frequenzen unterschiedlich durchlassender Kbrper oder ein Schirm 2o, der mit einigem Abstand von der Vorderseite der Membran 15 angebracht ist und vorzugsweise eine solche Gestalt hat, daß seine Ausdehnung größer ist als die Membran, die das offene Ende des Gehäuses verdeckt. Der Schirm 20 besteht beispielsweise aus einer oder mehreren Schichten Seide. Er wird an seinem Rande durch Ringe 21 eingespannt, die auch metallische Drahtschirme 22 enthalten, welche einen mechanischen Schutz für den Seidenschirm abgeben, Die Ringe 21 und der Schirm 20 werden irgendwie, beispielsweise durch Schrauben 23 und Muttern 2q., zusammengepreßt. Eine Schleife oder ein ringförmiger KÖrper 25 umfaßt den Gehäuseteil 12 und kann auf ihm gleiten. Eine Mehrzahl von Trägern, bestehend aus dünnen, schmalen, starren Metallteilen 27, sind mit ihrem einen Ende 28 am Ring 25 befestigt und mit ihrem anderen Ende 29 an einem der Ringe 21. Sie sind in regelmäßigen Abständen angeordnet. Durch diese Anordnung kann der Schirm 20 am Mikrophon gehalten und von ihm entfernt werden und in seinen Abständen derart geregelt werden, daß die günstigste Wirkung eintritt. Natürlich kann dieses Optimum nach Bestimmung festgelegt werden und der Schirm und seine Träger starr mit dem Mikrophon verbu.nd:en werden, so: daß der Träger einen Teil des Metallgehäuses bildet. Um optimale Wirkung zu erzie@leni, d. h. um ein möglichst gleichmäßiges Ansprechen unabhängig vom Winkel, unter dem der Schall einfällt, zu erhalten, sollte der Schirm 20 mindestens von derartiger Größe sein, daß, wenn die Vorderseite des Mikrophons gegen den Schirm gelegt würde, dessen Randteile das Mikrophon d. h. der Schirm sollte mindestens ebenso groß, aber vorzugsweise in allen Richtungen größer stein als die Membran oder die Vorderseite des Mikrophongehäuses. Sein akustischer Widerstand sollte derart sein:, daß der Phmensprung an den Schallwellen, welche den Schirm durchsetzen und auf die Membran gelanigen, eine . Abschwächung des Gesamtdrucks auf die Membran zur Folge hat, sodaß ein. geringerer Schalldruck entsteht als bei fehlendem Schirm. Der Abstand von der Vorderseite des Gehäuses und daher der Abstand von der Membran sollte so beschaffen sein, d@aß die Anpassung der Empfindlichkeit insbesondere in dem jeweiligen Frequenzbereich erzielt wird, in welchen die größte Abhängigkeit bestehen würde, wenn der Schirm fehlt. Nähert man den Schirm der Membran mehr, als es für die optimale Wirkung notwendig ist, so. entsteht ein großer Abfall der Beugungseffekte am unteren Ende dies Frequenzbereiches oder am oberen Ende der hohen Frequenzen. Entfernt man hingegen den Schirm über den optimalen Abistand hinaus, so. entsteht ein größerer Abfall in den Beugungseffekten und Winkelabhängigkeit am unteren Ende des oberem. Hörbereiches.According to the invention, a microphone with a substantially more uniform Sensitivity in relation to the angle of incidence of the sound can be generated by that in front of the microphone io a sound absorber or a different frequency permeable body or a screen 2o, which is at some distance from the front the membrane 15 is attached and preferably has such a shape that his Expansion is greater than the membrane that covers the open end of the housing. The screen 20 consists, for example, of one or more layers of silk. He is clamped at its edge by rings 21, which also have metallic wire screens 22, which provide mechanical protection for the silk screen, The Rings 21 and the screen 20 are somehow, for example by screws 23 and Nuts 2q., Pressed together. A loop or annular body 25 comprises the housing part 12 and can slide on it. A plurality of carriers, consisting of of thin, narrow, rigid metal parts 27 are at one end 28 on the ring 25 attached and with its other end 29 to one of the rings 21. They are in regular Arranged at intervals. With this arrangement, the screen 20 can be held on the microphone and be removed from it and regulated in its intervals in such a way that the most favorable effect occurs. Of course, this optimum can be determined according to determination and the screen and its support are rigidly connected to the microphone, so: that the carrier forms part of the metal housing. To get optimal effect educate @ leni, d. H. to ensure that the response is as uniform as possible, regardless of the angle, below which the sound is incident, the screen 20 should be at least from be of such a size that when the front of the microphone is against the screen would be placed, the edge parts of which the microphone d. H. the screen should be at least as well large, but preferably larger in all directions than the membrane or the stone Front of the microphone housing. Its acoustic resistance should be :, that the phm jump in the sound waves that penetrate the screen and affect the Diaphragm get one. Weakening of the total pressure on the membrane result has, so a. lower sound pressure is generated than with a missing screen. The distance from the front of the case and therefore the distance from the diaphragm should be like this be such as to adapt the sensitivity in particular to the respective Frequency range is achieved in which the greatest dependency would exist, when the screen is missing. If one approaches the screen of the membrane more than it is for the optimal Effect is necessary so. there is a large drop in diffraction effects at the bottom End of this frequency range or at the upper end of the high frequencies. One removes on the other hand, the screen beyond the optimal distance, see above. a bigger one arises Drop in diffraction effects and angle dependence at the lower end of the upper. Listening area.

Abb. 8 zeigt eine Reihe von Empfindlichkeitskurven für verschiedene Winkel dies Schallfanges der Abb, i biss 4. Der Teil 1.2 des Mikrophongehäuses war etwa 2,5 cm im Durchmesser, und eine einfache Schicht Seidenstoff von 6,2 cm Durchmesser und einem akustischem Widerstand. vom etwa 7 mechanischen Ohm pro cm2 bildete: den Schirm 2o, der im Abstand von nahezu i cm von der Vorderseite: des. Mikrophons angeordnet war. Es ist bemerkenswert, daß jedenfalls bis zu ioooo Hz hin die Winkelabhängig@keit zwischen o und i 8a° 5 Dezibel nicht überschreitet. Eine noch regelmäßigere Abhängigkeit als diejenige nach Abb. 8 wurde erzielt durch Ergänzung der einen Seidenschicht durch Birne zweite Schicht. Das Resultat ist in Abb. g dargestellt. Es ist klar, daß bei senkrechtem Einfall und biss zu einem Winkel von go° hin jedenfalls ein Teil der Schallwellen die Membran erreicht nach Durchdringung des Schirms 2o, während Schallwellen, die zwischen'go und i8o° einfallen, die Membran des Mikrophons entweder direkt durch wesentlich den ringförmigen Raum 3o, der durch Mikrophongehäuse und Schirm 2o bestimmt ist, zur Membran gelangen. oder durch Reflexion am Schirm 20.Fig. 8 shows a series of sensitivity curves for different angles of the sound trap of Fig. 1 to 4. Part 1.2 of the microphone housing was about 2.5 cm in diameter, and a simple layer of silk fabric 6.2 cm in diameter and an acoustic resistance. from about 7 mechanical ohms per cm2 formed: the screen 2o, which was arranged at a distance of almost 1 cm from the front of the microphone. It is noteworthy that in any case up to 10000 Hz the angle dependence between o and i 8a ° does not exceed 5 decibels. An even more regular dependency than that shown in Fig. 8 was achieved by adding a second layer of pear to one layer of silk. The result is shown in Fig. G. It is clear that at perpendicular incidence and at an angle of go °, at least some of the sound waves reach the membrane after penetrating the screen 20 °, while sound waves falling between 'go and 180 ° either directly pass through the membrane of the microphone essentially the annular space 3o, which is determined by the microphone housing and screen 2o, reach the membrane. or by reflection on the screen 20.

Abb. 5 und. 6 zeigen eüne andere Ausführungsform der Erfindung. Sie ähnelt in wesentlichen Zügen den Abb. i bis 4, und gleiche Teile sind mit den gleichen Bezeichnungen versehen. An Stelle des Schirms 2o kann ein Schirm 31 dieselbe Aufgabe übernehmen. Dieser Schirm 31 besteht vorzugsweise- aus einer Schicht isolierenden Materials, wie Glas, Hartgummi oder einem Phenolkondensationspro@dukt oder einem nicht ätzbaren Metall, wie Aluminium, mit einer Vielzahl von Öffnungen 32, deren Länge vorzugsweise größer ist als ihr Durchmesser und die so bemessen sind, daß die Luft in diesen Öffnungen im Bereich größter Beugung mitschwingt, so daß Schallenergie verschluckt und nur ein Bruchteil des ursprünglichen Schalldrucks übertragen wird.Fig. 5 and. 6-6 show another embodiment of the invention. It is essentially similar to Figs. I to 4, and the same parts are given the same designations. Instead of the screen 2o, a screen 31 can take on the same task. This screen 31 preferably consists of a layer of insulating material, such as glass, hard rubber or a phenol condensation product or a non-etchable metal such as aluminum, with a plurality of openings 32, the length of which is preferably greater than its diameter and which are so dimensioned that the air in these openings resonates in the area of greatest diffraction, so that sound energy is swallowed and only a fraction of the original sound pressure is transmitted.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Microphones whose directional characteristics are in the range high frequencies from the directional characteristic in the low frequency range in mind a preference for the incident sound in the direction of the central axis deviates, characterized in that in one through the! Characteristic conditional distance from the membrane (i5) a semi-sound permeable device (2o), which in the angular range Sound rays impinging around the central axis are stronger in the range of higher frequencies attenuates als.- in the range of lower frequencies, is arranged in such a way that from others Sound beams striking angled areas are not weakened by the device (2o) will.

2. Loudspeakers with directional characteristics in the high frequency range of the directional characteristic in the range of low frequencies in the sense of preferring this the sound exiting in the direction of the central axis differs, characterized in that that at a distance from the membrane caused by the characteristic a semi-sound permeable Device is arranged which exiting in the angular range around the central axis Attenuates sound rays more in the range of higher frequencies than in the range of lower frequencies Frequencies.

3. device make claims i and 2, thereby. marked, that the distance between the device and the membrane. is adjustable.

4 .. establishment according to Ansprüthe @ n i to 3, thereby. marked that this device before the membrane from a screen, preferably from one or more layers of silk consists.

5. Device according to claims i to 3, characterized in that the device in front of the membrane consists of a disc provided with passage openings, preferably made of glass, hard rubber or metal.

6. Establishment according to claim 5, characterized in that the length of the passage openings is greater is than their diameter.

7. Device according to claims his 6, characterized in that the screen or the disc has a larger extension than the membrane. To distinguish the subject matter of the invention from the state of the art, the following documents have been considered in the grant procedure: British patent specification No. 40.4937; French Patent No. 585 593; U.S. Patent No. r Soi 521, 1,865735.