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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberEP1233647 B1
Publication typeGrant
Application numberEP20010890335
Publication date13 Feb 2008
Filing date12 Dec 2001
Priority date20 Feb 2001
Also published asCN1372431A, CN100403852C, DE50113589D1, EP1233647A2, EP1233647A3, US7289638, US20020114476
Publication number01890335, 01890335.1, 2001890335, EP 1233647 B1, EP 1233647B1, EP-B1-1233647, EP01890335, EP1233647 B1, EP1233647B1, EP20010890335
InventorsKurt Dipl.-Ing. Nell, Gino Dipl.-Ing. Pavlovic
ApplicantAKG Acoustics GmbH
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: Espacenet, EP Register
Electroacoustic capsule
EP 1233647 B1
Abstract  available in
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Claims(9)
  1. An electroacoustic appliance with a microphone capsule which has an electrode (12) and a diaphragm (11), and with a microphone amplifier, wherein the electrode (12) and the diaphragm (11) are connected via an electrical contact with the microphone amplifier, characterised in that the appliance comprises an adjustable power supply and the microphone capsule has electrostrictive or magnetostrictive elements (6,7;12;21), preferably piezoelectric components, which via a second contact (4,14) are connected to the adjustable power supply for applying an electrical voltage to the electrostrictive or magnetostrictive elements (6,7;12;21), and in that the variations in the dimensions of the electrostrictive or magnetostrictive elements (6, 7; 12; 21) bring about variations in the internal geometry of the microphone capsule.
  2. An electroacoustic appliance according to Claim 1, characterised in that the electrode (12) is the electrostrictive or magnetostrictive element.
  3. An electroacoustic appliance according to Claim 1, characterised in that the diaphragm (11) is maintained at a distance from the electrode (12) by means of an annular spacer (15), wherein the spacer is the electrostrictive or magnetostrictive element.
  4. An electroacoustic appliance according to any one of Claims 1 to 3, characterised in that the capsule capacitance is used as a measured value for a control loop for determining the voltage for the electrostrictive or magnetostrictive element (6,7;12;21) so as to compensate for production tolerances and temperature influences which have an adverse effect on the spacing between the electrode (12) and the diaphragm (11).
  5. An electroacoustic appliance according to any one of Claims 1 to 3, characterised in that a sound receiver is disposed between the main sound source and the microphone, which sound receiver determines the sound level and the measured value of which is used to control the voltage for the electrostrictive or magnetostrictive element (6,7;12;21).
  6. An electroacoustic appliance according to Claim 1 with at least one sound inlet, characterised in that an electro-acoustic friction pellet is disposed in the vicinity of a sound inlet and comprises two plates (6,7) of electrostrictive or magneto-strictive material, preferably of piezoelectric material, which plates are preferably provided with small openings at the edge, in that the plates (6,7) are metallised on their upper and lower sides and are provided with an electrical contact (4), and in that they are electrically connected in series.
  7. An electroacoustic appliance according to Claim 1, characterised in that the electrostrictive or magnetostrictive elements (21) open or cover a sound transmission opening (35) as a function of their respective geometry.
  8. An electroacoustic appliance according to Claim 1, characterised in that the electrostrictive or magnetostrictive elements connect or separate a first hollow space (17) to or from a second hollow space (18) as a function of their respective geometry.
  9. An electroacoustic appliance according to Claim 1, characterised in that the electrostrictive or magnetostrictive elements (21) open or cover a channel (16) of a component (19) as a function of their respective geometry.
Description  translated from German
  • [0001] [0001]
    Die Erfindung betrifft ein elektroakustisches Gerät mit einer Mikrophonkapsel, die eine Elektrode und eine Membran aufweist, und einem Mikrophonverstärker, wobei die Elektrode und die Membran über eine elektrische Kontaktierung mit dem Mikrophonverstärker verbunden sind. The invention relates to an electro-acoustic apparatus having a microphone capsule which has an electrode and a membrane, and a microphone amplifier, wherein the electrode and the diaphragm are connected via an electrical contact with the microphone amplifier.
  • [0002] [0002]
    Der Wandler kann dabei entweder nach dem elektromagnetischen, elektrodynamischen, elektrostatischen oder piezoelektrischen Prinzip arbeiten. The converter may operate either according to the electromagnetic, electrodynamic, electrostatic or piezoelectric principle.
  • [0003] [0003]
    Derartige Geräte bestehen im wesentlichen aus dem eigentlichen elektroakustischen Wandler, der in eine sogenannte Kapsel eingesetzt wird, die wiederum in ein Gerätegehäuse eingesetzt wird, in dem sich auch alle notwendigen elektronischen Komponenten befinden. Such devices essentially consist of the actual electro-acoustic transducer which is used in a so-called capsule, which in turn is inserted into an appliance housing, in which there are also all the necessary electronic components.
  • [0004] [0004]
    Die nicht gattungsgemäße The non-generic JP 57-111200 A JP 57-111200 A offenbart einen digitalen Lautsprecher, bei dem eine gleiche Anzahl an Piezoventilen wie die Zahl der übertragenen Bits verwendet wird, um das akustische Signal zu erzeugen. discloses a digital loudspeaker in which the same number as the number of transmitted bits used for piezo valves to generate the acoustic signal. Die Piezoventile sind an die jeweilige Bitsteuerung angeschlossen und modulieren den Luftstrom mit dem digitalen Signal. The piezo valves are connected to the respective bit control and modulate the flow of air to the digital signal. Die Steuerung der Ventile erfolgt so, dass sie entweder ganz offen oder ganz geschlossen werden. The control of the valves so that they are either closed completely open or completely. Eine Zwischenstellung ist nicht vorgesehen. An intermediate position is not provided. Die angesteuerten Piezoventile dienen unmittelbar der Erzeugung des akustischen Signals. The piezo actuated valves are used directly to generate the acoustic signal. Die Piezoventile werden ausschließlich vom eingehenden Audiodatenstrom "gespeist", also vom zu wandelnden Signal selbst. The piezo valves are exclusively "fed" by the incoming audio stream, so changing to the signal itself.
  • [0005] [0005]
    Die The DE 4 342 169 A1 DE 4342169 A1 offenbart einen elektromechanischen Wandler mit einer starren Elektrode und einer elastisch nachgiebigen Membran. discloses an electromechanical transducer with a rigid electrode and a resiliently flexible membrane. Die Elektrode weist eine elektrisch leitende Spitze auf, die gegen eine Leiterfläche der gegenüberliegenden Membran weist. The electrode comprises an electrically conductive tip, which faces against a surface of the opposite conductor membrane. Mit einer Stellspannung wird die elektrostatische Anziehungskraft zwischen Elektrode und Membran derart eingestellt, dass im Bereich der Leiterspitze ein Tunnelstrom zwischen den Leiterflächen der Elektrode und der Membran fließt. With a control voltage, the electrostatic force of attraction between electrode and membrane is adjusted such that in the area of the conductor tip a tunnel current between the conductive surfaces of the electrode and the membrane flows. Dieser Tunnelstrom wird mittels eines elektronischen Verstärkers verstärkt und als Ausgangssignal verwertet. This tunnel current is amplified by an electronic amplifier and utilized as output signal.
  • [0006] [0006]
    Elektroakustische Geräte beinhalten wenigstens eine sogenannte elektroakustische Kapsel, welche wiederum entweder als Schallgeber oder Schallnehmer ausgeführt werden kann. Sound system equipment include at least one so-called electro-acoustic capsule which can be executed again, either as a sound generator or sound taker. Im Sinne der sprachlichen Vereinfachung wird in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen bei elektroakustischen Geräten, die mindestens eine als Schallnehmer ausgeführte Kapsel beinhalten, von einem Mikrofon gesprochen. In the sense of linguistic simplification in the present specification and claims in electro-acoustic devices that include at least one designed as a slave capsule sound spoken by a microphone. Stellvertretend für elektroakustische Geräte mit mindestens einer elektroakustischen Kapsel, die als Schallgeber ausgeführt ist, wird hier von einem Kopfhörer gesprochen. Representing electroacoustic devices with at least one electro-acoustic capsule, which is designed as sounder is spoken here of headphones.
  • [0007] [0007]
    Bei beiden Gerätegruppen ist aber eine Gemeinsamkeit gegeben: Die akustischen Eigenschaften der Geräte werden vom Gerätehersteller im Zuge des Produktionsprozesses festgelegt und sind daher für den Endverbraucher unveränderlich. In both groups of devices but a common feature is given: The acoustic characteristics of the devices are defined by the device manufacturer during the production process and are therefore unalterable for the end user. Vereinfacht gesagt, kann man von einem unveränderbaren "Klangcharakter" des Geräts sprechen. Put simply, one can speak of an unchangeable "timbre" of the device.
  • [0008] [0008]
    So hängen beispielsweise die akustischen Eigenschaften eines Mikrofons mit einer elektrostatischen Kapsel im wesentlichen vom Abstand zwischen der Membrane und der Elektrode und von der Ausgestaltung der akustischen Abstimmungselemente der Kapsel ab. For example, hanging the acoustic characteristics of the microphone from an electrostatic capsule substantially on the distance between the diaphragm and the electrode and of the configuration of the acoustic tuning elements of the capsule. Wenn die geometrischen Parameter zwischen der beweglichen, dem Schallfeld ausgesetzten Elektrode, der Membrane und der unbeweglichen Elektrode festgelegt sind, und wenn auch die akustischen Abstimmungselemente im Inneren der Kapsel (enge Kanäle, geschlossene Volumina und nur teilweise luftdurchlässige Bereiche) berechnet und mechanisch verwirklicht sind, dann ist die Richtcharakteristik, die Empfindlichkeit und der Frequenzgang ebenfalls festgelegt und unveränderlich. If the geometric parameters between the mobile, the sound field exposed electrode, the diaphragm and the fixed electrode are fixed, and when the acoustic tuning elements in the interior of the capsule (narrow channels closed volume and partially air permeable regions) are calculated and mechanically realized, then the directional characteristic, the sensitivity and the frequency response is also fixed and unchangeable.
  • [0009] [0009]
    Es wird daher die Kapsel immer in Hinblick auf den ins Auge gefaßten Einsatz ausgelegt und es ist im allgemeinen nicht möglich, eine bestehende Kapsel ohne großen Qualitätsverlust in einem anderen Gehäuse oder Gerät einzusetzen. It is therefore the capsule always interpreted in view of the envisaged use, and it is generally not possible to use an existing capsule without major loss of quality in another housing or device. Das trifft sowohl bei schallnehmenden als auch schallgebenden Kapseln zu. This is true both for sound receiving and sound imaging capsules.
  • [0010] [0010]
    Diese Eigenschaft macht eine Reihe von Kapselentwicklungen notwendig, von der Lagerhaltung und der Schaffung unterschiedlicher Werkzeuge für die Fertigung gar nicht zu sprechen, was insbesondere bei dem heute üblichen raschen Modellwechsel sehr schnell teuer werden kann. This property makes a series of capsule developments necessary to say nothing of the inventory and the creation of different tools for the production, which can be really expensive especially with the rapid change of model available today.
  • [0011] [0011]
    Die akustische Abstimmung von elektroakustischen Kapseln, unabhängig davon, ob sie als Schallgeber oder Schallnehmer hergestellt werden sollen, muß nun nicht nach dem Zufallsprinzip durch Testreihen bestimmt werden, sondern kann in weiten Bereichen berechnet werden. The acoustic tuning of electroacoustic capsules, regardless of whether they are to be produced as a sound generator or sound taker must now not be determined randomly by test series, but can be calculated in many areas. Diese Berechnung basiert auf der Übereinstimmung der mathematischen Modelle für die Akustik und die Elektrizität und erfolgt nach dem elektroakustischen Analogieprinzip. This calculation is based on the conformity of mathematical models for the acoustic and electricity and is based on the electro-acoustic analogy principle. Sie wird mit Hilfe sogenannter Äquivalenzschaltungen durchgeführt. It is carried out with the aid of so-called equivalence circuits. Dabei entsprechen enge und lange Kanäle im akustischen Bereich einer Spule im elektrischen Bereich, geschlossene Volumina im akustischen Bereich einem Kondensator im elektrischen Bereich und mit porösem und nur teilweise luftdurchlässigem Material abgedeckte Bohrungen im akustischen Bereich einem Ohm'schen Widerstand im elektrischen Bereich. This match close and long channels in the acoustic field of a coil in an electric field, closed volumes in the acoustic field of a capacitor in an electric field and with porous and only partially air-permeable material covered holes in the acoustic range an ohmic resistance in the electrical domain. So kann die akustische Seite in einen Schaltplan transferiert werden, dieser wird mit den allgemeinen Regeln der Elektrotechnik im gewünschten Sinne dimensioniert und abgestimmt und das Ergebnis wird in die Akustik zurücktransferiert. Thus, the acoustic side are transferred into a diagram, this is dimensioned and coordinated with the general rules of electrical engineering in the desired direction and the result is transferred back into the acoustics.
  • [0012] [0012]
    Durch Kombination aller drei elektroakustischen Elemente ist es so möglich, die gewünschte Abstimmung des jeweiligen elektroakustischen Wandlers vorzunehmen. By combining all three electro-acoustic elements, it is possible to perform the required vote of each electroacoustic transducer. Es hat sich gezeigt, daß für eine zweckmäßige klangfarbliche Abstimmung von elektroakustischen Wandlern insbesondere enge Kanäle eine wesentliche Rolle spielen. It has been shown that narrow channels play an important role in an appropriate tone color tuning of electroacoustic transducers in particular. Das ist darauf zurückzuführen, daß ein enger Kanal nicht nur einen induktiven Impedanzanteil aufweist, sondern auch einen nicht unerheblich großen Anteil am Ohm'schen Widerstand hat. This is due to the fact that a narrow channel not only has an inductive impedance share, but also has a non-negligible share of the large ohmic resistance. Die Entstehung vom letzterem ist auf die Strömungsverluste in engen Kanälen zurückzuführen. The emergence of the latter is due to the flow losses in narrow channels.
  • [0013] [0013]
    Auf dieser Erkenntnis beruht die Herstellung einer sogenannten Reibungspille, die sowohl einen Ohm'schen als auch einen induktiven Anteil in ihrer Impedanz aufweist und in der Based on this finding, the production of a so-called friction pill that has both ohmic and an inductive component in their impedance and the AT 400 910 B AT 400 910 B beschrieben wird. will be described. Diese Druckschrift schlägt vor, zwei aus hartem Material angefertigte und mit kleinen Öffnungen am Rand versehene Plättchen mittels einer Schraube in der Mitte der Plättchen zu verbinden. This document proposes to combine two-made of hard material and provided with small openings on the edge of platelets by means of a screw in the center of the plate. Durch gezieltes Verdrehen der Plättchen gegeneinander ist es möglich, die Impedanz dieses Gebildes in axialer Richtung zu beeinflussen. By selectively rotating the plates against each other, it is possible to influence the impedance of this structure in the axial direction.
  • [0014] [0014]
    Eine andere bekannte Möglichkeit, die Impedanz zu verändern ist, die Plättchen nicht gegeneinander zu verdrehen, sondern den Abstand zwischen den Plättchen mit Hilfe der Zentralschraube zu verändern. Another known possibility to change the impedance is not to twist the plates against each other, but the distance between the plates to change using the central screw. Die Impedanzveränderung der dadurch entstandenen sogenannten Reibungspille wirkt sich hauptsächlich auf den Klang des Mikrofons oder des Kopfhörers aus. The impedance change of the related so-called friction pill works mainly on the sound of the microphone or headphones. Das heißt, daß gleichzeitig nicht nur Frequenzverlauf, sondern auch die Richtcharakteristik des Mikrofons oder des Kopfhörers verändert wird. That is, at the same time not only frequency response, but also the directional characteristics of the microphone or headphone volume is changed. In jedem Fall, und unabhängig davon, ob die Abstimmungselemente der Kapsel während der Produktion veränderbar sind oder nicht, wird derzeit die akustische Abstimmung nur einmal, vor dem Zusammenbau der Kapsel, vorgenommen und bleibt während der ganzen Lebensdauer des akustischen Gerätes unverändert. In any case, and regardless of whether the tuning elements of the capsule can be modified during production or not, at present the acoustic tuning is only once carried out prior to assembly of the capsule, and remains unchanged during the whole lifetime of the acoustic device. Das ist der Umstand welcher von den Benutzern der Mikrofone bzw. Kopfhörer nur ungern akzeptiert wird. That is the fact which is reluctant accepted by the users of the microphones and headphones.
  • [0015] [0015]
    Nicht nur der Klangcharakter des elektroakustischen Gerätes ist für seine zweckmäßige Anwendung ausschlaggebend. Not only is the sound character of the electroacoustic device is crucial for its appropriate use. Auch seine Eigenschaften im Bezug auf die Übertragungsqualität sind wichtig. Also its properties in relation to the transmission quality are important. Sie sind hauptsächlich durch die Empfindlichkeit des elektroakustischen Wandlers bestimmt. They are mainly determined by the sensitivity of the electroacoustic transducer.
  • [0016] [0016]
    Weitere Zusammenhänge sind die folgenden: Neben schon beschriebenem Einfluß einer akustischen Impedanzpille (Reibungspille) beeinflußt der Abstand zwischen Elektrode und Membrane die Kapselkapazität und dadurch die Empfindlichkeit der Kapsel. Other relationships are the following: In addition to already-described influence of an acoustic impedance pill (friction pill) influences the distance between the electrode and the diaphragm capsule capacity and thereby the sensitivity of the capsule. Die oben beschriebene Kapsel wird, durch ihren Einbau in ein Mikrofongehäuse, elektrisch am Eingang eines sich im Mikrofongehäuse befindlichen Verstärkers angeschlossen. The capsule described above is electrically connected through their incorporation into a microphone housing is located at the entrance of the microphone amplifier housing. Dadurch werden elektroakustische Übertragungseigenschaften des Mikrofons wesentlich von beiden Komponenten bestimmt. As a result, electro-acoustic transmission characteristics of the microphone are mainly determined by two components. Das heißt, daß sowohl niedrigste, als auch höchste Schalldrücke, welche man ohne wesentliche Verschlechterung der Übertragungsqualität übertragen kann, von den Übertragungseigenschaften der Mikrofonkapsel und des Mikrofonverstärkers abhängig sind. That is, both lowest and highest sound pressures, which can be transferred without substantial deterioration of the transmission quality, are dependent on the transmission characteristics of the microphone capsule and the microphone amplifier.
  • [0017] [0017]
    Die niedrigsten Schallintensitäten, die noch übertragen werden können, sind mit dem sogenanntem Eigenrauschen des Mikrofons nach unten begrenzt. The lowest sound intensities, which can still be transferred are limited to the so-called self-noise of the microphone down. Es handelt sich dabei um thermisches Rauschen, welches bei allen elektronischen Geräten vorkommt. It involves thermal noise, which is present in all electronic devices. Die stärksten noch zu übertragenden Schallintensitäten sind auf die begrenzte Spannungsversorgung des Mikrofonverstärkers zurückzuführen, da die Ausgangsspannung eines Verstärkers unmöglich höher werden kann als seine Versorgungsspannung. The strongest still to be transmitted sound intensities are due to the limited power source of the microphone amplifier, since the output voltage of an amplifier may become impossible higher than its supply voltage.
  • [0018] [0018]
    Entwicklungsingenieure auf dem Gebiete der Elektroakustik sind stets bestrebt, elektroakustische Geräte so zu bauen, daß sie sowohl sehr leise als auch sehr laute Schallereignisse ohne wesentliche Qualitätsverluste übertragen. Development engineers in the field of electro-acoustics are always striving to build sound equipment so that they both carry very soft to very loud sound events without significant loss of quality. Um eine Mikrofonkapsel für noch kleinere Schalldrücke zu bauen, muß man sie so bauen, daß sie möglichst empfindlich gegenüber Schalldruckschwankungen ist. To build a microphone capsule for even smaller sound pressures, they must be so designed that it is possible sensitive to sound pressure fluctuations. Das heißt ihr Übertragungsfaktor soll möglichst groß sein. That means you gain should be as large as possible. Das erreicht man bei elektrostatischen Schallnehmern dadurch, daß der Abstand zwischen den Elektroden möglichst niedrig gehalten wird. This is achieved at electrostatic sound holders characterized in that the distance between the electrodes is kept as low as possible. Andererseits aber wird dadurch bei sehr hohen Schalldrücken die elektrische Spannung am Eingang des Verstärkers so hoch, daß die Ausgangsspannung des Verstärkers, sogar bei niedrigerem Schalldruck als bisher, die Höhe der Versorgungsspannung des Verstärkers als natürliche Verstärkungsgrenze erreicht. On the other hand, the voltage at the input of the amplifier becomes so high at very high sound pressure levels that the output voltage of the amplifier, achieved even at a lower acoustic pressure than previously, the level of the supply voltage of the amplifier as a natural gain limit. Das heißt, daß man im Bezug auf den minimalen und maximalen noch zu übertragenden Schalldruck, die sogenannte Dynamik, einen Kompromiß hinnehmen muß. This means that in terms of the minimum and maximum still to be transmitted sound pressure, the so-called dynamic, must accept a compromise.
  • [0019] [0019]
    Wenn man aber weiß, daß in einer Aufnahmesituation nur mit leisen Schallereignissen zu rechnen ist, zum Beispiel die Pianopassage eines Konzerts, oder nur mit sehr lauten Schallereignissen, zum Beispiel Schlagzeugaufnahme, dann kann man durch geschickte Aufstellung des Mikrofons die beschriebenen Nachteile teilweise beheben. But if you know that in a recording situation can be expected only with quiet sound events, such as the piano passage of a concert, or only to a very loud sound events, such as drum recording, you can eliminate the disadvantages described in part by careful positioning of the microphone. Das heißt bei leisen Schallquellen das Mikrofon näher zur Schallquelle aufzustellen und umgekehrt bei lauten Instrumenten das Mikrofon weiter von der Schallquelle zu entfernen. That is, in quiet sound sources to establish the microphone closer to the sound source and vice versa with loud instruments, the microphone further away from the sound source. Es ist aber einleuchtend, daß das nur schwer und in äußerst seltenen Fällen möglich ist. However, it is clear that this is possible only with difficulty and in very rare cases.
  • [0020] [0020]
    Einige Mikrofonhersteller helfen sich aus diesen Dilemma durch Einbau eines sogenannten Abschwächers: Zwischen der Kapsel und dem Verstärker wird ein Spannungsteiler nach Bedarf händisch eingeschaltet, so daß bei lauten Schallereignissen der Verstärker kein zu großes Kapselsignal erhält. Some microphone manufacturers help from this dilemma by incorporating a so-called attenuator: a voltage divider is turned on manually as required between the capsule and the amplifier, so that when the loud sound events, the amplifier does not receive too large a capsule signal. Die Abschwächung des Mikrofonkapselsignals erfolgt bei elektrostatischen Mikrofonwandlern im hochohmigen Bereich, wodurch sich eine Reihe schaltungstechnischer Schwierigkeiten ergeben. The weakening of the microphone capsule signal is in electrostatic microphone transducers in the high-resistance region, resulting in a series circuit technical difficulties. Vor allem müssen für hochohmige Schaltungen geeignete Schalter eingesetzt werden. Especially suitable switches must be used for high-impedance circuits. Das bedeutet, daß zur Anwendung nur spezielle und daher teure Schalter in Frage kommen. This means that only special and therefore expensive switches are applied in question. Da es sich bei genanntem Beispiel um eine auf elektrostatischem Prinzip arbeitende Mikrofonkapsel handelt, welche als ein Kondensator in elektrischer Schaltung des Mikrofons dargestellt wird, muß man mit sogenannten kapazitiven Spannungsteilern arbeiten. Since it is-called example is a working principle electrostatically microphone capsule, which is represented as a capacitor in electrical circuit of the microphone, you have to work with so-called capacitive voltage dividers. Sie werden mit Hilfe von elektrischen Kondensatoren realisiert und ermöglichen die gewünschte Signalabschwächung in einem breiten Bereich. It is realized by means of electrical capacitors and allow the desired signal attenuation in a wide range. Es ist aber leider so, daß der Klirrfaktor (Verzerrungen des Ausgangssignals) dann hörbar ansteigt, wenn ein kapazitiver Abschwächer bei derartigen Kapseln verwendet wird. It is an unfortunate fact that the harmonic distortion (distortion of the output signal) then audibly increases when a capacitive attenuator is used in such capsules. Deshalb werden solche Mikrofone für hochwertige Anwendungen gemieden. Therefore, such microphones are shunned for high-quality applications.
  • [0021] [0021]
    Es besteht somit ein großer Bedarf an Wandlern bzw. Kapseln, deren elektroakustische Eigenschaften nach ihrer Herstellung noch gezielt und einfach, bevorzugt anläßlich des Einbaues der Kapsel in ein Gehäuse, geändert werden können. There is thus a great need for converters or capsules whose electro-acoustic properties after its preparation nor specifically and easily, preferably on the occasion of the incorporation of the capsule into a housing, can be changed. Selbstverständlich sind die Benutzer von elektroakustischen Geräten daran interessiert, die akustischen Eigenschaften an die jeweilige Anwendung anpassen zu können. Of course, the user of electro-acoustic devices are keen to adapt the acoustic properties of the respective application.
  • [0022] [0022]
    Erfindungsgemäß werden diese Ziele mit einem elektroakustischen Gerät der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Gerät eine regelbare Spannungsquelle umfasst und die Mikrophonkapsel elektrostriktive oder magnetostriktive Elemente, bevorzugt piezoelektrische Bauteile, aufweist, die über eine zweite Kontaktierung mit der regelbaren Spannungsquelle zum Anlegen einer elektrischen Spannung an die elektrostriktiven oder magnetostriktiven Elemente in Verbindung stehen und dass die Abmessungsänderungen der elektrostriktiven bzw. magnetostriktiven Elemente Änderungen in der inneren Geometrie der Mikrophonkapsel nach sich ziehen. According to the invention, these objects are achieved with an electro-acoustic device of the type mentioned above in that the device comprises a controllable voltage source and the microphone capsule electrostrictive or magnetostrictive elements, preferably piezoelectric components, which via a second contact with the controllable voltage source for applying an electric voltage are electrostrictive or magnetostrictive elements of the compound and in that draw the dimensional changes of the electrostrictive or magnetostrictive elements changes in the internal geometry of the microphone capsule after themselves.
  • [0023] [0023]
    Unter "Änderung in der inneren Geometrie" wird in der Beschreibung und den Ansprüchen sowohl die Änderung des Abstandes zwischen Elektrode und Membran eines elektrostatischen Wandlers als auch die Änderung des Abstandes von Bauteilen der Kapsel zueinander, wie beispielsweise bei einer der oben erwähnten Reibungspillen, oder auch des Öffnens bzw. Schließens oder Änderns der Größe einer Öffnung od.dergl. By "change in the internal geometry" is used in the specification and claims, both the change of distance between electrode and diaphragm of the electrostatic transducer as well as the change in the distance of parts of the capsule to one another, such as in one of the above-mentioned friction pills, or opening or closing or changing the size of an opening od.dergl. verstanden understood
  • [0024] [0024]
    Unter "elektrostriktiven oder magnetostriktiven Elementen" werden in der Beschreibung und den Ansprüchen alle Bauteile verstanden, die beim Anlegen einer elektrischen Spannung eine charakteristische Körperabmessung in einem von der angelegten Spannung abhängigen Maß reversibel ändern. Under "electrostrictive or magnetostrictive elements" are understood in the specification and claims, all parts that reversibly change a characteristic body dimensions in a manner dependent on the applied voltage level when an electrical voltage. Beispiele sind neben den genannten piezoelektrischen Bauteilen, die durch Anlegen einer Spannung ihre geometrischen Abmessungen reversibel verändern, auch magnetostriktive Elemente, die ihre geometrischen Abmessungen durch Wirkung eines Magnetfeldes reversibel verändern. Examples are addition to the aforementioned piezoelectric devices which change by applying a voltage of their geometric dimensions reversibly, even magnetostrictive elements that change their geometrical dimensions reversibly by the action of a magnetic field.
  • [0025] [0025]
    Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. The invention is explained below with reference to the drawings. Dabei zeigt It is shown
    • die the Fig. 1 Fig. 1 einen elektrostatischen Wandler gemäß dem Stand der Technik, an electrostatic transducer according to the prior art,
    • die the Fig. 2 FIG. 2 eine Gegenüberstellung der elektroakustischen Analogie, a comparison of the electro-acoustic analogy,
    • die the Fig. 3 Fig. 3 eine vorbekannte Reibungspille in schematischer Seitenansicht, a previously known friction pill in a schematic side view,
    • die the Fig. 4 Fig. 4 eine erfindungsgemäße elektroakustischen Reibungspille, an inventive electroacoustic friction pill,
    • die the Fig. 5 Fig. 5 einen erfindungsgemäß ausgebildeten Wandler und an inventively designed transducer and
    • die the Fig. 6, 7 und 8 FIGS. 6, 7 and 8 Details. Details.
  • [0026] [0026]
    Die The Fig. 1 Fig. 1 zeigt als Beispiel eine auf dem elektrostatischen Prinzip arbeitende schallauf nehmende Kapsel zum Einbau in ein Mikrofon. shows an example of a working on the electrostatic principle sound-receiving capsule for incorporation into a microphone. Es hängen die akustischen Eigenschaften des Mikrofons im wesentlichen vom Abstand zwischen der Membrane 1 und der Elektrode 2 und von der Ausgestaltung der akustischen Abstimmungselemente 3 (Größe des hinteren Volumens, Reibung in der hinteren Schalleintrittsöffnung, Größe und Anzahl der Öffnungen in der Elektrode 2) der Kapsel ab. Hang the acoustic properties of the microphone is substantially the distance between the membrane 1 and the electrode 2 and on the configuration of the acoustic matching elements 3 (the size of the rear volume, friction in the rear sound inlet opening, size and number of openings in the electrode 2) of the capsule from. Wenn die geometrischen Parameter zwischen der beweglichen und dem Schallfeld ausgesetzten Elektrode, der Membrane und der unbeweglichen Elektrode 2 festgelegt sind, und wenn auch die akustischen Abstimmungsparameter 3 im Inneren der Kapsel (enge Kanäle, geschlossene Volumina und nur teilweise luftdurchlässige Bereiche) berechnet und mechanisch ausgeführt sind, dann ist die Richtcharakteristik, die Empfindlichkeit, der Frequenzgang ebenfalls festgelegt und unveränderlich. If the geometric parameters between the movable and the sound field electrode exposed, the diaphragm and the immovable electrode 2 are set, and performed even if the acoustic tuning parameter 3 inside the capsule (narrow channels closed volume and partially air permeable regions) are calculated and mechanically , then the directional characteristics, sensitivity, frequency response is also fixed and unchangeable. Durch das (nicht dargestellte) Mikrofongehäuse werden die "Randbedingungen" für die gezeigte Kapsel festgelegt, bei deren Änderung sind die entsprechenden Abstimmungsparameter 3 im Inneren der Kapsel nicht mehr in der Lage, das gewünschte Übertragungsverhalten zu gewährleisten. By (not shown) microphone housing the "boundary conditions" for the capsule shown are determined that, when changed, the corresponding tuning parameters are 3 inside the capsule no longer in a position to guarantee the desired transmission behavior.
  • [0027] [0027]
    Die The Fig. 2 FIG. 2 zeigt die einander entsprechenden Elemente des Elektroakustischen Analogons, auf der linken Seite die akustischen Elemente, auf der rechten die entsprechenden elektrischen: Enge und lange Kanäle 31 im akustischen Bereich entsprechen einer Spule 32 im elektrischen Bereich, geschlossene Volumina 33 im akustischen Bereich entsprechen einem Kondensator 34 im elektrischen Bereich und mit porösem und nur teilweise luftdurchlässigem Material abgedeckte Bohrungen 35 im akustischen Bereich entsprechen einem Ohm'schen Widerstand 36 im elektrischen Bereich. shows the corresponding elements of the electroacoustic analogue, on the left side of the acoustic elements, on the right the corresponding electrical: Narrow and long channels 31 in the acoustic range corresponding to a coil 32 in the electrical domain, closed volumes 33 in the acoustic range corresponding to a capacitor 34 in the electric field and with porous and only partially air-permeable material covered holes 35 in the acoustic range corresponding to an ohmic resistor 36 in the electrical domain.
  • [0028] [0028]
    Die The Fig. 3 Fig. 3 zeigt eine Reibungspille gemäß der oben zitierten AT-B: Zwei aus hartem Material angefertigte und am Rand mit kleinen Öffnungen 39, 40 versehene Plättchen 36, 37 sind mittels einer Schraube 38 in ihrer Mitte verbunden. shows a friction pill according to the above-cited AT-B: Two-made of hard material and at the edge with small openings 39, 40 provided plates 36, 37 are connected by means of a screw 38 in their midst. Durch gezieltes Verdrehen der Plättchen 36, 37 gegeneinander ist es möglich, die akustische Impedanz dieses Gebildes in axialer Richtung zu beeinflussen, da ja durch das Verdrehen die Länge der Wege geändert wird. By selectively rotating the plates 36, 37 against each other, it is possible to influence the acoustic impedance of this structure in the axial direction, since the length of the path is changed by twisting.
  • [0029] [0029]
    Die The Fig. 4 Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführung einer elektroakustischen Reibungspille. shows an inventive embodiment of an electroacoustic friction pill. Sie besteht aus zwei am Rand mit kleinen Öffnungen 8 versehenen Plättchen 6, 7 aus piezoelektrischem Material. It consists of two at the edge 8 is provided with small openings pads 6, 7 of a piezoelectric material. Die elektrische Kontaktierung der Plättchen 6 und 7 erfolgt über eine beliebige der vorbekannten Arten der Kontaktierung 4. Die Plättchen sind auf der oberen und unteren Seite metallisiert und elektrisch in Serie geschaltet. The electrical contact of the laminae 6 and 7 via any of the previously known types of contacting 4. The plates are metallized on the upper and lower sides and electrically connected in series. Durch Anschließen an eine Gleichstromspannungsquelle dehnen sie sich so aus, daß die Höhe des Abstands 5 zwischen den Plättchen 6, 7 verringert wird. By connecting to a DC voltage source they expand so that the height of the distance between the plates is reduced 5 6, 7.
  • [0030] [0030]
    Die Veränderung der an die Plättchen angeschlossenen Spannung bewirkt durch die Veränderung des Abstands 5 zwischen den Plättchen 6, 7 eine Veränderung der akustischen Impedanz in axialer Richtung. The change in the voltage connected to the plate caused by the change in the distance 5 between the plates 6, 7, a change of acoustic impedance in the axial direction. Aufgrund dessen ist es möglich; Due to this, it is possible; den Klang des Mikrofons oder des Kopfhörers, in den diese Reibungspille eingebaut ist, von außen zu beeinflussen, ohne dabei die Mikrofon- oder Kopfhörerkapsel oder das Mikrofon beziehungsweise Kopfhörer zerlegen oder auch nur ausbauen zu müssen. the sound of the microphone or headphones, in this friction pill is built to influence from the outside without disassembling the microphone or earpiece or microphone or headphones, or even having to expand.
  • [0031] [0031]
    Es ist auch möglich, eines der beiden Plättchen 6 bzw. 7 durch ein aus konventionellem Material, zum Beispiel aus Kunststoff oder Metall, hergestelltes Plättchen zu ersetzen. It is also possible to replace one of the two plates 6 and 7 by a stem from conventional material, for example plastic or metal, produced platelets. Dadurch trägt nur ein Plättchen zur Verringerung des Plättchenabstands bei. Thereby contributes only a small plate to reduce platelet clearance. Die Plättchen müssen nicht kreisförmig ausgeführt werden, auch alle anderen geometrischen Ausführungen von rechteckig bis oval sind denkbar. The tiles must not be executed circular, all other geometric designs from rectangular to oval are conceivable. Sie müssen aber mindestens je eine Öffnung 8 am Rand oder im Inneren für den Luft- bzw. Schalldurchgang aufweisen. But you need at least one opening 8 have the edge or inside for air and sound transmission. Der Anfangsabstand der Plättchen 6, 7 wird im gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine kleine Stufe 9 am Rand des Plättchens 7 bestimmt. The initial distance of the plates 6, 7 is determined by a small step 9 on the edge of the plate 7 in the illustrated embodiment. Statt der Stufe 9 kann auch ein Distanzring verwendet werden. Instead of the stage 9, a spacer ring may be used. Durch Verpolung der Polarisationsspannung ist es möglich, den Abstand zwischen den Plättchen sowohl zu verringern (im radialen Abstand von der Stufe 9), als auch zu vergrößern. Wrong polarity of the bias voltage, it is possible to reduce the distance between the plates both (in the radial distance from the stage 9), as well as to increase.
  • [0032] [0032]
    Die The Fig. 5 Fig. 5 zeigt die erfindungsgemäße Anwendung einer aus piezoelektrischem Material hergestellten Elektrode, die bei elektrostatischen Mikrofonkapseln verwendet werden kann. shows the application of the present invention an electrode made of piezoelectric material, which can be used in electrostatic microphone capsules. Der Unterschied zur The difference with the Fig. 1 Fig. 1 , die eine konventionelle elektrostatische Mikrofonkapsel zeigt, liegt bei der Elektrode 12. Sie hat jetzt eine zweite Rolle bekommen und ist nicht nur über die elektrische Kontaktierung als eine der beiden Kondensatorelektroden des elektroakustischen Wandlers an den Mikrofonverstärker angeschlossen, sondern ist über eine zweite Kontaktierung 14 auch an einen zweiten elektrischen Kreis angeschlossen. Showing a conventional electrostatic microphone capsule, is the electrode 12. It has now been given a second role and is not only via the electrical contact as one of two capacitor electrodes of the electroacoustic transducer connected to the microphone amplifier, but is connected via a second contact 14 also connected to a second electrical circuit. Dadurch ist es möglich, die Elektrode 12 durch Anlegen einer Steuerspannung an der Kontaktierung 14 in ihrer Dicke und damit auch den Abstand zwischen Elektrode 12 und Membran 1 zu verändern. Thereby, it is possible to change the electrode 12 by applying a control voltage at the contact 14 in its thickness and thus also the distance between electrode 12 and diaphragm 1. Es ist selbstverständlich auch möglich, die Piezoelemente im Bereich desHalteringes 15 für die Membran anzuordnen und so den Abstand zwischen Membran und Elcktrode direkt und nicht über den Umweg der Änderung der Dicke der Elektrode 12 zu ändern. It is of course also possible to arrange the piezoelectric elements in the range desHalteringes 15 for the membrane and thus change the distance between the membrane and Elcktrode directly and not indirectly via the change in the thickness of the electrode 12.
  • [0033] [0033]
    Besonders vorteilhaft ist dabei die Beeinflussung der Empfindlichkeit des Mikrofons auf diese Weise. It is particularly advantageous to influence the sensitivity of the microphone in this way. Man kann dann auf die weiter oben besprochenen externen Abschwächungskondensatoren verzichten und statt dessen direkt den Abstand zwischen Membran und Elektrode verändern. You can then dispense with the external attenuation capacitors discussed earlier and instead directly change the distance between the membrane and the electrode. Dabei entspricht eine, durch das Anlegen einer Kontrollspannung an die Elektrode bewirkte Verkleinerung des Abstands zwischen den Elektroden 11, 14 des Wandlers eine Erhöhung der Kapselempfindlichkeit. Corresponds to one, by applying a control voltage to the electrode caused reduction of the distance between the electrodes 11, 14 of the converter to increase the sensitivity capsule. Da mit der Verkleinerung des Abstandes zwischen Membran und Elektrode auch die Kapazität der Kapsel vergrößert wird, erzielt man den Vorteil, das die auf empfindlich eingestellte Kapsel automatisch auch eine große Kapazität aufweist. As with the reduction of the distance between the membrane and the electrode, the capacitance of the capsule is increased, is achieved the advantage that the automatically set also having on sensitive capsule a large capacity. Da das Rauschen eines C-Mikrofons umso kleiner ist, je größer seine Kapselkapazität ist, ermöglicht es die Erfindung, hochempfindliche und rauscharme Mikrofone zu bauen, die dennoch einen weiten Dynamikbereich besitzen, weil ja für die Aufnahme von lauten Schallereignissen die Kapsel auf unempfindlich (große Distanz zwischen der Elektrode und der Membran) geschalten werden kann. Since the noise of a carbon microphone is smaller, the greater its capsule capacity, the invention allows to build high-sensitivity, low-noise microphone, which nevertheless possess a wide dynamic range, because yes for recording loud sound events, the capsule insensitive (large distance between the electrode and the membrane) can be switched.
  • [0034] [0034]
    Um besser reproduzierbare Ergebnisse zu liefern, kann im Mikrofon jeweils die Kapselkapazität als Meßgröße für eine Regelschleife herangezogen werden. In order to provide more reproducible results, in each case the microphone capsule capacity can be used as a measured variable for a control loop. Damit können aber auch Fertigungstoleranzen und Temperatureinflüsse, die sich auf den Abstand zwischen Elektroden negativ auswirken, auf einfache und zuverlässige Weise ausgeglichen werden. But this can also manufacturing tolerances and temperature influences that impact negatively on the distance between electrodes, are compensated in a simple and reliable way. Die Schaffung einer entsprechenden Elektronik stellt für den Fachmann auf dem Gebiete der Abstimmung von Mikrofonen in Kenntnis der Erfindung kein Problem dar. The creation of a corresponding electronics is not a problem to those skilled in the field of coordination of microphones having regard to the invention.
  • [0035] [0035]
    Da die piezoelektrischen Plättchen in beiden Anwendungsbeispielen elektrisch gesehen hochohmig sind, fließt durch sie kein merklicher Strom, was sich am gesamten Stromverbrauch des elektroakustischen Gerätes positiv auswirkt. Since the piezoelectric plates are electrically speaking in two application examples, high impedance, flows through it, no appreciable current, which is beneficial to the overall power consumption of the electro-acoustic device effect. Aus elektrischer Sichtweise sind die beschriebenen Plättchen als die Platten eines Kondensators anzusehen, was wiederum bedeutet, daß es nur einen kurzen Ladestrom im elektrischen Steuerungskreis gibt, und zwar nur so lange bis sich der Kondensator bis auf die angeschlossene Spannung aufgeladen hat (einige Millisekunden). From an electrical point of view, the platelets described are to be regarded as the plates of a capacitor, which in turn means that there is only a short charging current in the electrical control circuit, and has indeed charged only for the time until the capacitor to the connected voltage (a few milliseconds). Aus dem oben beschriebenem Grund (kein Stromfluß) kann man die Spannung, an die die Plättchen angeschlossen sind, als Polarisationsspannung bezeichnen. From the above-described reason (no current flow) may be the voltage to which the plates are connected, called polarization voltage.
  • [0036] [0036]
    Die Größe der Polarisationsspannung kann man entweder kontinuierlich, oder in vorgegebenen Stufen verändern. The size of the bias voltage can be either continuous or change in predetermined steps. Die Spannungsquelle selbst ist eine Gleichstromspannungsquelle und ihre Spannung kann je nach Bedarf bis zu einigen 100 V betragen. The voltage source itself is a direct current voltage source and its voltage can be up to a few 100 V as required. Da die Spannungsquelle keine nennenswerte Stromintensität liefern muß, ist es auch möglich, auf alle Stromschutzmaßnahmen (Strombegrenzung) zu verzichten. Since the voltage source must provide no significant current intensity, it is also possible to all current Protection (current limiting) refrain. Die Spannung kann entweder aus der Stromversorgung des Gerätes gewonnen werden (Phantomspeisung bei Kondensatormikrofonen), oder auch aus einer am Gerät angeschlossenen Regelspannung. The voltage can be obtained either from the power supply of the device (phantom power for condenser microphones), or from a control voltage of the unit.
  • [0037] [0037]
    Es wird die Verwendung von piezoelektrischen Elementen, die einen besonders großen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, selbstverständlich bevorzugt. It is the use of piezoelectric elements, which have a particularly large coefficient of expansion, of course, preferred. Damit ist es möglich, einzelne elektroakustische Elemente einzeln zu beeinflussen. Thus, it is possible to influence single electroacoustic elements individually. So können im Bereich der Kapsel bzw. der Reibungspille durch die Anregung mit Steuerspannung Kanäle 16 in einem Bauteil 19 einzeln durch ein piezoelektrisch reagierendes Plättchen 21 geöffnet oder geschlossen werden, wie in der Thus, in the field of capsule or pill of the friction by the excitation control voltage with channels 16 in a component 19 to be individually opened or closed by a piezoelectrically responsive plate 21 as shown in the Fig. 6 Fig. 6 dargestellt ist. is shown. Es ist so auch möglich, die Größe eines akustisch bedeutsamen Volumens 17 durch Parallelschaltung zu einem anderen Volumen 18 zu vergrößern wie es die It is also possible that the size of an acoustically significant volume 17 by parallel connection to another volume to increase 18 as the Fig. 7 Fig. 7 zeigt. shows. Es können auch ganze Reibungspillen, die beispielsweise in Schalldurchtrittsöffnungen 35 angeordnet sind, mechanisch verschoben oder "zugedeckt" werden, wie aus der Also complete friction pills arranged, for example, sound ports 35 are mechanically moved or "covered" as from the Fig. 8 FIG. 8 ersichtlich. visible. Dabei ist jeweils mit 21 ein aus piezoelektrischem Material hergestelltes, und auf die oben beschriebene Art mit einer Steuerspannung betriebenes Plättchen gekennzeichnet ist. In each case, 21 with a product made from piezoelectric material, and driven to the above described type with a control voltage platelets is characterized. Ein so mit Steuerspannung angeregtes Plättchen 21 öffnet oder schließt die für die akustische Abstimmung der im Detail nicht dargestellten Kapsel vorgesehenen Elemente. A so open with control voltage excited tip 21 or closes the funds earmarked for the acoustic tuning of the capsule is not shown in detail elements.
  • [0038] [0038]
    Eine dynamische Anpassung eines elektroakustischen Wandlers bzw. Kapsel, der auf dem elektrostatischen Prinzip beruht und als Mikrofon arbeitet, ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Hauptschallquelle und dem Mikrofon ein den Schallpegel bestimmender Schallnehmer angeordnet ist, dessen Meßwert zur Regelung der Spannung für das elektrostriktive bzw. magnetostriktive Element herangezogen wird. A dynamic adjustment of an electroacoustic transducer or capsule, which is based on the electrostatic principle, and operates as a microphone, characterized in that a sound level determining sound taker is disposed between the main sound source and the microphone, the measured value or for the regulation of the voltage for the electrostrictive . magnetostrictive element is used. Durch die schnelle Datenverarbeitung und die schnelle Anpassung piezoelektrischer Bauteile kann so während einer Aufnahme die Empfindlichkeit des Mikrofons in Abhängigkeit vom aktuellen Schallpegel an diesen angepaßt werden. Due to the fast data processing and the fast adaptation of piezoelectric devices can thus be adapted depending on the current noise level at these while recording the microphone sensitivity.
Classifications
International ClassificationH04R19/01, H04R19/00, H04R19/04, H04R17/00, H04R1/06, H01R13/627, H04R17/02, H01R13/24, H04R1/02, H04R7/00, H04R7/04, H04R9/02, H04R15/00
Cooperative ClassificationH04R19/016
European ClassificationH04R19/01C
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Ipc: H04R 1/06 20060101ALI20060621BHEP
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