EP1233647B1 - Electroacoustic capsule - Google Patents

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EP1233647B1
EP1233647B1 EP01890335A EP01890335A EP1233647B1 EP 1233647 B1 EP1233647 B1 EP 1233647B1 EP 01890335 A EP01890335 A EP 01890335A EP 01890335 A EP01890335 A EP 01890335A EP 1233647 B1 EP1233647 B1 EP 1233647B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electroacoustic
electrostrictive
capsule
microphone
sound
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP01890335A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP1233647A2 (en
EP1233647A3 (en
Inventor
Kurt Dipl.-Ing. Nell
Gino Dipl.-Ing. Pavlovic
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AKG Acoustics GmbH
Original Assignee
AKG Acoustics GmbH
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Publication date
Application filed by AKG Acoustics GmbH filed Critical AKG Acoustics GmbH
Publication of EP1233647A2 publication Critical patent/EP1233647A2/en
Publication of EP1233647A3 publication Critical patent/EP1233647A3/en
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Publication of EP1233647B1 publication Critical patent/EP1233647B1/en
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00Electrostatic transducers
    • H04R19/01Electrostatic transducers characterised by the use of electrets
    • H04R19/016Electrostatic transducers characterised by the use of electrets for microphones

Definitions

  • the invention relates to an electro-acoustic device with a microphone capsule having an electrode and a membrane, and a microphone amplifier, wherein the electrode and the membrane are connected via an electrical contact with the microphone amplifier.
  • the transducer can operate either by the electromagnetic, electrodynamic, electrostatic or piezoelectric principle.
  • Such devices consist essentially of the actual electro-acoustic transducer, which is used in a so-called capsule, which in turn is used in a device housing in which all the necessary electronic components are located.
  • the non-generic JP 57-111200 A discloses a digital speaker in which an equal number of piezo valves, such as the number of bits transmitted, is used to generate the acoustic signal.
  • the piezo valves are connected to the respective bit control and modulate the air flow with the digital signal.
  • the valves are controlled so that they are either completely open or fully closed. An intermediate position is not provided.
  • the controlled piezo valves are used directly to generate the acoustic signal.
  • the piezo valves are exclusively "fed" by the incoming audio data stream, ie the signal to be converted itself.
  • the DE 4 342 169 A1 discloses an electromechanical transducer having a rigid electrode and an elastically compliant membrane.
  • the electrode has an electrically conductive tip facing a conductor surface of the opposite membrane. With a control voltage, the electrostatic attraction between the electrode and membrane is adjusted so that in the region of the conductor tip, a tunnel current flows between the conductor surfaces of the electrode and the membrane. This tunneling current is amplified by means of an electronic amplifier and utilized as an output signal.
  • Electroacoustic devices include at least one so-called electroacoustic capsule which, in turn, can be implemented either as a sound generator or a sound receiver.
  • the at least one designed as a sound receiver Capsule include, spoken by a microphone. Representing electroacoustic devices with at least one electroacoustic capsule, which is designed as a sound generator, is spoken here by a headphone.
  • the acoustic properties of the devices are determined by the device manufacturer in the course of the production process and are therefore invariable to the end user. Put simply, one can speak of an unchangeable "sound character" of the device.
  • the acoustic properties of a microphone with an electrostatic capsule depend essentially on the distance between the membrane and the electrode and on the design of the acoustic tuning elements of the capsule.
  • the geometrical parameters between the movable sound-field-exposed electrode, the membrane and the fixed electrode are fixed, and even though the acoustic tuning elements inside the capsule (narrow channels, closed volumes and only partially air-permeable regions) are calculated and mechanically realized, then the directional characteristic, the sensitivity and the frequency response are also fixed and unchangeable.
  • the capsule is always designed in view of the intended use, and it is generally not possible to use an existing capsule in another case or device without a great loss of quality. This applies to both sound-absorbing and sound-emitting capsules.
  • This feature makes a number of capsule developments necessary, not to speak of warehousing and the creation of different tools for the production, which can be very quickly expensive especially in today's rapid replacement model.
  • the acoustic tuning of electroacoustic capsules now does not have to be determined at random by testing, but can be calculated in a wide range. This calculation is based on the agreement of the mathematical models for acoustics and electricity and is based on the electroacoustic analogy principle. It is carried out with the help of so-called equivalence circuits.
  • narrow and long channels in the acoustic range of a coil in the electrical range closed volumes in the acoustic range correspond to a capacitor in the electrical area and covered with porous and only partially air-permeable material holes in the acoustic range ohmic resistance in the electrical field.
  • the acoustic side can be transferred into a circuit diagram, this is dimensioned and tuned with the general rules of electrical engineering in the desired sense and the result is transferred back into the acoustics.
  • Another known way to change the impedance is not to twist the plates against each other, but to change the distance between the plates by means of the central screw.
  • the impedance change of the resulting so-called friction pill mainly affects the sound of the microphone or the headphones. This means that not only the frequency response but also the directional characteristic of the microphone or the headphone is changed at the same time.
  • the acoustic tuning is currently made only once, before the assembly of the capsule, and remains unchanged throughout the life of the acoustic device. This is the circumstance which is disliked by the users of the microphones or headphones.
  • the sound character of the electroacoustic device is crucial for its proper use. Also its properties in terms of transmission quality are important. They are mainly determined by the sensitivity of the electroacoustic transducer.
  • the lowest sound intensities that can still be transmitted are limited to the so-called inherent noise of the microphone down. It is about thermal noise, which occurs in all electronic devices.
  • the strongest sound intensities to be transmitted are due to the limited power supply of the microphone amplifier, since the output voltage of an amplifier can not be higher than its supply voltage.
  • Attenuator between the capsule and the amplifier, a voltage divider is switched on manually as needed, so that in loud sound events, the amplifier does not receive too much capsule signal.
  • the attenuation of the microphone capsule signal occurs in electrostatic microphone transducers in the high-impedance range, resulting in a number circuit difficulties.
  • suitable switches must be used for high-resistance circuits. This means that only special and therefore expensive switches are suitable for the application. Since this example is a working on electrostatic principle microphone capsule, which is shown as a capacitor in electrical circuit of the microphone, one must work with so-called capacitive voltage dividers.
  • an electroacoustic device of the type mentioned above in that the device comprises a controllable voltage source and the microphone capsule comprises electrostrictive or magnetostrictive elements, preferably piezoelectric components, which via a second contact with the controllable voltage source for applying an electrical voltage are related to the electrostrictive or magnetostrictive elements and that the dimensional changes the electrostrictive or magnetostrictive elements cause changes in the internal geometry of the microphone capsule.
  • electrostrictive or magnetostrictive elements are understood as meaning all components which, upon application of an electrical voltage, reversibly change a characteristic body dimension in a measure dependent on the applied voltage.
  • piezoelectric components which reversibly change their geometric dimensions by applying a voltage
  • examples are also magnetostrictive elements which reversibly change their geometric dimensions by the action of a magnetic field.
  • the Fig. 1 shows as an example working on the electrostatic principle sound-absorbing capsule for installation in a microphone.
  • the acoustic properties of the microphone depend essentially on the distance between the diaphragm 1 and the electrode 2 and the design of the acoustic tuning elements 3 (size of the rear volume, friction in the rear sound inlet, size and number of openings in the electrode 2) Capsule off.
  • the geometric parameters between the movable and sound field exposed electrodes, the diaphragm and the fixed electrode 2 are fixed, and also the acoustic tuning parameters 3 inside the capsule (narrow channels, closed volumes and only partially air permeable areas) are calculated and performed mechanically are, then the directional characteristic, the sensitivity, the frequency response is also fixed and unchangeable.
  • the "boundary conditions" for the capsule shown are determined by the (not shown) microphone housing, when they change the corresponding tuning parameters 3 inside the capsule are no longer able to ensure the desired transmission behavior.
  • the Fig. 2 shows the corresponding elements of the electroacoustic analogue, on the left side the acoustic elements, on the right the corresponding electrical: Narrow and long channels 31 in the acoustic range correspond to a coil 32 in the electrical range, closed volumes 33 in the acoustic range correspond to a capacitor 34th In the electrical field and with porous and only partially air-permeable material covered holes 35 in the acoustic range correspond to an ohmic resistance 36 in the electrical field.
  • the Fig. 3 shows a friction pill according to the above-cited AT-B: Two made of hard material and provided at the edge with small openings 39, 40 plates 36, 37 are connected by means of a screw 38 in its center. 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 paths is changed by the twisting.
  • the Fig. 4 shows an inventive embodiment of an electroacoustic friction pill. It consists of two at the edge with small openings 8 provided platelets 6, 7 of piezoelectric material. The electrical contacting of the platelets 6 and 7 via any of the previously known types of contacting 4. The platelets are on the metallized upper and lower side and electrically connected in series. By connecting to a DC voltage source they expand so that the height of the gap 5 between the plates 6, 7 is reduced.
  • the initial distance of the platelets 6, 7 is determined in the embodiment shown by a small step 9 at the edge of the plate 7. Instead of level 9, a spacer ring can be used. By reversing the polarization voltage, it is possible to reduce the distance between the plates both (at the radial distance from the step 9), as well as to increase.
  • the Fig. 5 shows the inventive application of an electrode made of piezoelectric material, which can be used in electrostatic microphone capsules.
  • the difference to Fig. 1 It has now been given a second role and is not only connected via the electrical contact as one of the two capacitor electrodes of the electroacoustic transducer to the microphone amplifier, but is also connected via a second contact 14 connected to a second electrical circuit.
  • This makes it possible to change the electrode 12 by applying a control voltage to the contact 14 in its thickness and thus also the distance between the electrode 12 and the membrane 1.
  • the piezoelectric elements in the region of the retaining ring 15 for the membrane and thus the distance between membrane and Elcktrode directly and not by way of the change in the thickness of the electrode 12 to change.
  • the invention makes it possible to build high-sensitivity and low-noise microphones, but still have a wide dynamic range, because so for the recording of loud sound events, the capsule on insensitive (large Distance between the electrode and the membrane) can be switched.
  • the capsule capacitance can be used as a measured variable for a control loop in the microphone. But this also allows manufacturing tolerances and temperature influences, which have a negative effect on the distance between electrodes, to be compensated in a simple and reliable manner.
  • the provision of appropriate electronics is not a problem for those skilled in the field of tuning microphones in the knowledge of the invention.
  • the piezoelectric plates are electrically high impedance in both application examples, no noticeable current flows through them, which has a positive effect on the total power consumption of the electroacoustic device.
  • the platelets described are to be regarded as the plates of a capacitor, which in turn means that there is only a short charge current in the electrical control circuit, and only until the capacitor has charged to the connected voltage (a few milliseconds).
  • the voltage to which the plates are connected can be referred to as the polarization voltage.
  • the size of the polarization voltage can be changed either continuously or in predetermined stages.
  • the voltage source itself is a DC voltage source and their voltage can be up to several 100V as needed. Since the voltage source does not have to provide any appreciable current intensity, it is also possible to dispense with all current protection measures (current limitation).
  • the voltage can either be obtained from the power supply of the device (phantom power for condenser microphones) or from a control voltage connected to the device.
  • each 21 is a made of piezoelectric material, and in the manner described above operated with a control voltage plate is characterized. A so excited with control voltage plate 21 opens or closes the provided for the acoustic vote of the capsule not shown in detail.
  • a dynamic adaptation of an electroacoustic transducer or capsule which is based on the electrostatic principle and operates as a microphone, is characterized in that between the main sound source and the microphone a sound level determining sound receiver is arranged, the measured value for controlling the voltage for the electrostrictive or Magnetostrictive element is used. Due to the fast data processing and the rapid adaptation of piezoelectric components, the sensitivity of the microphone can be adjusted as a function of the current sound level during recording.

Abstract

An electroacoustic capsule or electroacoustic transducer for an electroacoustic device has electrostrictive or magnetostrictive elements connected to a controllable power supply. Dimensional changes of the electrostrictive or magnetostrictive elements cause changes of the inner geometry of the electroacoustic capsule or electroacoustic transducer. This allows the adjustment of the capsule or transducer to the electroacoustic device in which it is mounted so that individual and dynamic adjustments are possible.

Description

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 device with a microphone capsule having an electrode and a membrane, and a microphone amplifier, wherein the electrode and the membrane are connected via an electrical contact with the microphone amplifier.

Der Wandler kann dabei entweder nach dem elektromagnetischen, elektrodynamischen, elektrostatischen oder piezoelektrischen Prinzip arbeiten.The transducer can operate either by the electromagnetic, electrodynamic, electrostatic or piezoelectric principle.

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 consist essentially of the actual electro-acoustic transducer, which is used in a so-called capsule, which in turn is used in a device housing in which all the necessary electronic components are located.

Die nicht gattungsgemäße 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. Die Piezoventile sind an die jeweilige Bitsteuerung angeschlossen und modulieren den Luftstrom mit dem digitalen Signal. Die Steuerung der Ventile erfolgt so, dass sie entweder ganz offen oder ganz geschlossen werden. Eine Zwischenstellung ist nicht vorgesehen. Die angesteuerten Piezoventile dienen unmittelbar der Erzeugung des akustischen Signals. Die Piezoventile werden ausschließlich vom eingehenden Audiodatenstrom "gespeist", also vom zu wandelnden Signal selbst.The non-generic JP 57-111200 A discloses a digital speaker in which an equal number of piezo valves, such as the number of bits transmitted, is used to generate the acoustic signal. The piezo valves are connected to the respective bit control and modulate the air flow with the digital signal. The valves are controlled so that they are either completely open or fully closed. An intermediate position is not provided. The controlled piezo valves are used directly to generate the acoustic signal. The piezo valves are exclusively "fed" by the incoming audio data stream, ie the signal to be converted itself.

Die DE 4 342 169 A1 offenbart einen elektromechanischen Wandler mit einer starren Elektrode und einer elastisch nachgiebigen Membran. Die Elektrode weist eine elektrisch leitende Spitze auf, die gegen eine Leiterfläche der gegenüberliegenden Membran weist. 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. Dieser Tunnelstrom wird mittels eines elektronischen Verstärkers verstärkt und als Ausgangssignal verwertet.The DE 4 342 169 A1 discloses an electromechanical transducer having a rigid electrode and an elastically compliant membrane. The electrode has an electrically conductive tip facing a conductor surface of the opposite membrane. With a control voltage, the electrostatic attraction between the electrode and membrane is adjusted so that in the region of the conductor tip, a tunnel current flows between the conductor surfaces of the electrode and the membrane. This tunneling current is amplified by means of an electronic amplifier and utilized as an output signal.

Elektroakustische Geräte beinhalten wenigstens eine sogenannte elektroakustische Kapsel, welche wiederum entweder als Schallgeber oder Schallnehmer ausgeführt werden kann. 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. Stellvertretend für elektroakustische Geräte mit mindestens einer elektroakustischen Kapsel, die als Schallgeber ausgeführt ist, wird hier von einem Kopfhörer gesprochen.Electroacoustic devices include at least one so-called electroacoustic capsule which, in turn, can be implemented either as a sound generator or a sound receiver. For the purposes of linguistic simplification, in the present description and the claims in electroacoustic devices, the at least one designed as a sound receiver Capsule include, spoken by a microphone. Representing electroacoustic devices with at least one electroacoustic capsule, which is designed as a sound generator, is spoken here by a headphone.

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. Vereinfacht gesagt, kann man von einem unveränderbaren "Klangcharakter" des Geräts sprechen.However, there is a commonality between the two device groups: The acoustic properties of the devices are determined by the device manufacturer in the course of the production process and are therefore invariable to the end user. Put simply, one can speak of an unchangeable "sound character" of the device.

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. 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.For example, the acoustic properties of a microphone with an electrostatic capsule depend essentially on the distance between the membrane and the electrode and on the design of the acoustic tuning elements of the capsule. When the geometrical parameters between the movable sound-field-exposed electrode, the membrane and the fixed electrode are fixed, and even though the acoustic tuning elements inside the capsule (narrow channels, closed volumes and only partially air-permeable regions) are calculated and mechanically realized, then the directional characteristic, the sensitivity and the frequency response are also fixed and unchangeable.

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. Das trifft sowohl bei schallnehmenden als auch schallgebenden Kapseln zu.Therefore, the capsule is always designed in view of the intended use, and it is generally not possible to use an existing capsule in another case or device without a great loss of quality. This applies to both sound-absorbing and sound-emitting capsules.

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 feature makes a number of capsule developments necessary, not to speak of warehousing and the creation of different tools for the production, which can be very quickly expensive especially in today's rapid replacement model.

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. Diese Berechnung basiert auf der Übereinstimmung der mathematischen Modelle für die Akustik und die Elektrizität und erfolgt nach dem elektroakustischen Analogieprinzip. Sie wird mit Hilfe sogenannter Äquivalenzschaltungen durchgeführt. 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. 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.The acoustic tuning of electroacoustic capsules, regardless of whether they are to be produced as a sound or Schallnehmer, now does not have to be determined at random by testing, but can be calculated in a wide range. This calculation is based on the agreement of the mathematical models for acoustics and electricity and is based on the electroacoustic analogy principle. It is carried out with the help of so-called equivalence circuits. Here, narrow and long channels in the acoustic range of a coil in the electrical range, closed volumes in the acoustic range correspond to a capacitor in the electrical area and covered with porous and only partially air-permeable material holes in the acoustic range ohmic resistance in the electrical field. Thus, the acoustic side can be transferred into a circuit diagram, this is dimensioned and tuned with the general rules of electrical engineering in the desired sense and the result is transferred back into the acoustics.

Durch Kombination aller drei elektroakustischen Elemente ist es so möglich, die gewünschte Abstimmung des jeweiligen elektroakustischen Wandlers vorzunehmen. Es hat sich gezeigt, daß für eine zweckmäßige klangfarbliche Abstimmung von elektroakustischen Wandlern insbesondere enge Kanäle eine wesentliche Rolle spielen. 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. Die Entstehung vom letzterem ist auf die Strömungsverluste in engen Kanälen zurückzuführen.By combining all three electroacoustic elements, it is possible to make the desired tuning of the respective electroacoustic transducer. It has been found that, in particular, narrow channels play an essential role for a suitable tonal matching of electroacoustic transducers. This is due to the fact that a narrow channel not only has an inductive impedance component, but also has a significant proportion of the ohmic resistance. The emergence of the latter is due to the flow losses in narrow channels.

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 AT 400 910 B beschrieben wird. 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. Durch gezieltes Verdrehen der Plättchen gegeneinander ist es möglich, die Impedanz dieses Gebildes in axialer Richtung zu beeinflussen.Based on this knowledge, the production of a so-called friction pill, which has both an ohmic and an inductive component in their impedance and in the AT 400 910 B is described. This document proposes to connect two made of hard material and provided with small openings on the edge of the plate by means of a screw in the middle of the platelets. By selectively rotating the plates against each other, it is possible to influence the impedance of this structure in the axial direction.

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. Die Impedanzveränderung der dadurch entstandenen sogenannten Reibungspille wirkt sich hauptsächlich auf den Klang des Mikrofons oder des Kopfhörers aus. Das heißt, daß gleichzeitig nicht nur Frequenzverlauf, sondern auch die Richtcharakteristik des Mikrofons oder des Kopfhörers verändert wird. 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. Das ist der Umstand welcher von den Benutzern der Mikrofone bzw. Kopfhörer nur ungern akzeptiert wird.Another known way to change the impedance is not to twist the plates against each other, but to change the distance between the plates by means of the central screw. The impedance change of the resulting so-called friction pill mainly affects the sound of the microphone or the headphones. This means that not only the frequency response but also the directional characteristic of the microphone or the headphone is changed at the same time. In any case, and regardless of whether the tuning elements of the capsule are variable during production or not, the acoustic tuning is currently made only once, before the assembly of the capsule, and remains unchanged throughout the life of the acoustic device. This is the circumstance which is disliked by the users of the microphones or headphones.

Nicht nur der Klangcharakter des elektroakustischen Gerätes ist für seine zweckmäßige Anwendung ausschlaggebend. Auch seine Eigenschaften im Bezug auf die Übertragungsqualität sind wichtig. Sie sind hauptsächlich durch die Empfindlichkeit des elektroakustischen Wandlers bestimmt.Not only the sound character of the electroacoustic device is crucial for its proper use. Also its properties in terms of transmission quality are important. They are mainly determined by the sensitivity of the electroacoustic transducer.

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. Die oben beschriebene Kapsel wird, durch ihren Einbau in ein Mikrofongehäuse, elektrisch am Eingang eines sich im Mikrofongehäuse befindlichen Verstärkers angeschlossen. Dadurch werden elektroakustische Übertragungseigenschaften des Mikrofons wesentlich von beiden Komponenten bestimmt. 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.Further correlations are the following: In addition to the already described influence of an acoustic impedance pill (friction pill), the distance between the electrode and the membrane influences the capsule capacity and thereby the sensitivity of the capsule. The capsule described above, by its incorporation into a microphone housing, electrically connected to the input of an amplifier located in the microphone housing. As a result, electroacoustic transmission characteristics of the microphone are substantially determined by both components. That is, both lowest and highest sound pressures, which can be transmitted without significant deterioration of the transmission quality, are dependent on the transmission characteristics of the microphone capsule and the microphone amplifier.

Die niedrigsten Schallintensitäten, die noch übertragen werden können, sind mit dem sogenanntem Eigenrauschen des Mikrofons nach unten begrenzt. Es handelt sich dabei um thermisches Rauschen, welches bei allen elektronischen Geräten vorkommt. 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 lowest sound intensities that can still be transmitted are limited to the so-called inherent noise of the microphone down. It is about thermal noise, which occurs in all electronic devices. The strongest sound intensities to be transmitted are due to the limited power supply of the microphone amplifier, since the output voltage of an amplifier can not be higher than its supply voltage.

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. Um eine Mikrofonkapsel für noch kleinere Schalldrücke zu bauen, muß man sie so bauen, daß sie möglichst empfindlich gegenüber Schalldruckschwankungen ist. Das heißt ihr Übertragungsfaktor soll möglichst groß sein. Das erreicht man bei elektrostatischen Schallnehmern dadurch, daß der Abstand zwischen den Elektroden möglichst niedrig gehalten wird. 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. Das heißt, daß man im Bezug auf den minimalen und maximalen noch zu übertragenden Schalldruck, die sogenannte Dynamik, einen Kompromiß hinnehmen muß.Development engineers in the field of electroacoustics are always anxious to build electro-acoustic devices so that they transmit both very quiet and very loud sound events without significant loss of quality. To build a microphone capsule for even smaller sound pressure, you have to build it so that it is as sensitive as possible to sound pressure fluctuations. That means their transmission factor should be as large as possible. This is achieved with electrostatic sounders in that the distance between the electrodes is kept as low as possible. On the other hand, but at very high sound pressure, the electrical voltage at the input of the amplifier so high that the output voltage of the amplifier, even at a lower sound pressure than before, reaches the level of the supply voltage of the amplifier as a natural gain limit. This means that a compromise has to be made with regard to the minimum and maximum sound pressure still to be transmitted, the so-called dynamics.

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. Das heißt bei leisen Schallquellen das Mikrofon näher zur Schallquelle aufzustellen und umgekehrt bei lauten Instrumenten das Mikrofon weiter von der Schallquelle zu entfernen. Es ist aber einleuchtend, daß das nur schwer und in äußerst seltenen Fällen möglich ist.But if you know that in a recording situation is expected only with quiet sound events, for example, the piano passage of a concert, or only very loud Sound events, such as drum recording, then you can by skillful installation of the microphone partially overcome the disadvantages described. This means that with quiet sound sources the microphone is positioned closer to the sound source and conversely with loud instruments the microphone is further removed from the sound source. But it is obvious that this is difficult and possible in very rare cases.

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. Die Abschwächung des Mikrofonkapselsignals erfolgt bei elektrostatischen Mikrofonwandlern im hochohmigen Bereich, wodurch sich eine Reihe schaltungstechnischer Schwierigkeiten ergeben. Vor allem müssen für hochohmige Schaltungen geeignete Schalter eingesetzt werden. Das bedeutet, daß zur Anwendung nur spezielle und daher teure Schalter in Frage kommen. 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. Sie werden mit Hilfe von elektrischen Kondensatoren realisiert und ermöglichen die gewünschte Signalabschwächung in einem breiten Bereich. Es ist aber leider so, daß der Klirrfaktor (Verzerrungen des Ausgangssignals) dann hörbar ansteigt, wenn ein kapazitiver Abschwächer bei derartigen Kapseln verwendet wird. Deshalb werden solche Mikrofone für hochwertige Anwendungen gemieden.Some microphone manufacturers help themselves to this dilemma by installing a so-called attenuator: between the capsule and the amplifier, a voltage divider is switched on manually as needed, so that in loud sound events, the amplifier does not receive too much capsule signal. The attenuation of the microphone capsule signal occurs in electrostatic microphone transducers in the high-impedance range, resulting in a number circuit difficulties. Above all, suitable switches must be used for high-resistance circuits. This means that only special and therefore expensive switches are suitable for the application. Since this example is a working on electrostatic principle microphone capsule, which is shown as a capacitor in electrical circuit of the microphone, one must work with so-called capacitive voltage dividers. They are realized with the help of electrical capacitors and allow the desired signal attenuation in a wide range. Unfortunately, the harmonic distortion (distortion of the output signal) is audibly increased when a capacitive attenuator is used in such capsules. Therefore, such microphones are avoided for high quality applications.

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. Selbstverständlich sind die Benutzer von elektroakustischen Geräten daran interessiert, die akustischen Eigenschaften an die jeweilige Anwendung anpassen zu können.There is thus a great need for transducers or capsules whose electroacoustic properties can still be changed in a targeted and simple manner after their production, preferably on the occasion of the installation of the capsule in a housing. Of course, the users of electro-acoustic devices are interested in adapting the acoustic properties to the particular application.

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 electroacoustic device of the type mentioned above in that the device comprises a controllable voltage source and the microphone capsule comprises electrostrictive or magnetostrictive elements, preferably piezoelectric components, which via a second contact with the controllable voltage source for applying an electrical voltage are related to the electrostrictive or magnetostrictive elements and that the dimensional changes the electrostrictive or magnetostrictive elements cause changes in the internal geometry of the microphone capsule.

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. verstandenBy "change in internal geometry" in the specification and claims is meant both the change in the distance between the electrode and diaphragm of an electrostatic transducer and the change in the distance of components of the capsule to one another, as for example in one of the above-mentioned friction pills the opening or closing or changing the size of an opening od.dergl. Understood

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. 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.In the description and the claims, "electrostrictive or magnetostrictive elements" are understood as meaning all components which, upon application of an electrical voltage, reversibly change a characteristic body dimension in a measure dependent on the applied voltage. In addition to the aforementioned piezoelectric components, which reversibly change their geometric dimensions by applying a voltage, examples are also magnetostrictive elements which reversibly change their geometric dimensions by the action of a magnetic field.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

  • die Fig. 1 einen elektrostatischen Wandler gemäß dem Stand der Technik,
  • die Fig. 2 eine Gegenüberstellung der elektroakustischen Analogie,
  • die Fig. 3 eine vorbekannte Reibungspille in schematischer Seitenansicht,
  • die Fig. 4 eine erfindungsgemäße elektroakustischen Reibungspille,
  • die Fig. 5 einen erfindungsgemäß ausgebildeten Wandler und
  • die Fig. 6, 7 und 8 Details.
The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. It shows
  • the Fig. 1 an electrostatic transducer according to the prior art,
  • the Fig. 2 a comparison of the electroacoustic analogy,
  • the Fig. 3 a previously known friction pill in a schematic side view,
  • the Fig. 4 an electroacoustic friction pill according to the invention,
  • the Fig. 5 an inventively designed transducer and
  • the FIGS. 6, 7 and 8 Details.

Die Fig. 1 zeigt als Beispiel eine auf dem elektrostatischen Prinzip arbeitende schallauf nehmende Kapsel zum Einbau in ein Mikrofon. 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. 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. 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.The Fig. 1 shows as an example working on the electrostatic principle sound-absorbing capsule for installation in a microphone. The acoustic properties of the microphone depend essentially on the distance between the diaphragm 1 and the electrode 2 and the design of the acoustic tuning elements 3 (size of the rear volume, friction in the rear sound inlet, size and number of openings in the electrode 2) Capsule off. When the geometric parameters between the movable and sound field exposed electrodes, the diaphragm and the fixed electrode 2 are fixed, and also the acoustic tuning parameters 3 inside the capsule (narrow channels, closed volumes and only partially air permeable areas) are calculated and performed mechanically are, then the directional characteristic, the sensitivity, the frequency response is also fixed and unchangeable. The "boundary conditions" for the capsule shown are determined by the (not shown) microphone housing, when they change the corresponding tuning parameters 3 inside the capsule are no longer able to ensure the desired transmission behavior.

Die 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.The Fig. 2 shows the corresponding elements of the electroacoustic analogue, on the left side the acoustic elements, on the right the corresponding electrical: Narrow and long channels 31 in the acoustic range correspond to a coil 32 in the electrical range, closed volumes 33 in the acoustic range correspond to a capacitor 34th In the electrical field and with porous and only partially air-permeable material covered holes 35 in the acoustic range correspond to an ohmic resistance 36 in the electrical field.

Die 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. 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.The Fig. 3 shows a friction pill according to the above-cited AT-B: Two made of hard material and provided at the edge with small openings 39, 40 plates 36, 37 are connected by means of a screw 38 in its center. 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 paths is changed by the twisting.

Die Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführung einer elektroakustischen Reibungspille. Sie besteht aus zwei am Rand mit kleinen Öffnungen 8 versehenen Plättchen 6, 7 aus piezoelektrischem 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. Durch Anschließen an eine Gleichstromspannungsquelle dehnen sie sich so aus, daß die Höhe des Abstands 5 zwischen den Plättchen 6, 7 verringert wird.The Fig. 4 shows an inventive embodiment of an electroacoustic friction pill. It consists of two at the edge with small openings 8 provided platelets 6, 7 of piezoelectric material. The electrical contacting of the platelets 6 and 7 via any of the previously known types of contacting 4. The platelets are on the metallized upper and lower side and electrically connected in series. By connecting to a DC voltage source they expand so that the height of the gap 5 between the plates 6, 7 is reduced.

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. Aufgrund dessen ist es möglich; 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 change in the voltage connected to the platelets caused by the change in the distance 5 between the platelets 6, 7, a change in the acoustic impedance in the axial direction. Because of that it is possible; to influence the sound of the microphone or the headphones in which this friction pill is built in from the outside, without having to disassemble or even remove the microphone or headphone capsule or the microphone or headphones.

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. Dadurch trägt nur ein Plättchen zur Verringerung des Plättchenabstands bei. Die Plättchen müssen nicht kreisförmig ausgeführt werden, auch alle anderen geometrischen Ausführungen von rechteckig bis oval sind denkbar. Sie müssen aber mindestens je eine Öffnung 8 am Rand oder im Inneren für den Luft- bzw. Schalldurchgang aufweisen. Der Anfangsabstand der Plättchen 6, 7 wird im gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine kleine Stufe 9 am Rand des Plättchens 7 bestimmt. Statt der Stufe 9 kann auch ein Distanzring verwendet werden. 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.It is also possible to replace one of the two plates 6 or 7 by a plate made of conventional material, for example of plastic or metal. As a result, only one plate contributes to the reduction of platelet spacing. The platelets do not have to be circular, and all other geometric designs from rectangular to oval are conceivable. But you must have at least one opening 8 at the edge or inside for the air or sound passage. The initial distance of the platelets 6, 7 is determined in the embodiment shown by a small step 9 at the edge of the plate 7. Instead of level 9, a spacer ring can be used. By reversing the polarization voltage, it is possible to reduce the distance between the plates both (at the radial distance from the step 9), as well as to increase.

Die Fig. 5 zeigt die erfindungsgemäße Anwendung einer aus piezoelektrischem Material hergestellten Elektrode, die bei elektrostatischen Mikrofonkapseln verwendet werden kann. Der Unterschied zur 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. 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. 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.The Fig. 5 shows the inventive application of an electrode made of piezoelectric material, which can be used in electrostatic microphone capsules. The difference to Fig. 1 It has now been given a second role and is not only connected via the electrical contact as one of the two capacitor electrodes of the electroacoustic transducer to the microphone amplifier, but is also connected via a second contact 14 connected to a second electrical circuit. This makes it possible to change the electrode 12 by applying a control voltage to the contact 14 in its thickness and thus also the distance between the electrode 12 and the membrane 1. It is of course also possible to arrange the piezoelectric elements in the region of the retaining ring 15 for the membrane and thus the distance between membrane and Elcktrode directly and not by way of the change in the thickness of the electrode 12 to change.

Besonders vorteilhaft ist dabei die Beeinflussung der Empfindlichkeit des Mikrofons auf diese Weise. Man kann dann auf die weiter oben besprochenen externen Abschwächungskondensatoren verzichten und statt dessen direkt den Abstand zwischen Membran und Elektrode verändern. 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. 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. 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.It is particularly advantageous to influence the sensitivity of the microphone in this way. One can then dispense with the external attenuation capacitors discussed above and instead change the distance between the membrane and the electrode directly. In this case, a reduction in the distance between the electrodes 11, 14 of the transducer caused by the application of a control voltage to the electrode corresponds to an increase in the capsule sensitivity. As the capacitance of the capsule is increased by reducing the distance between the membrane and the electrode, one obtains the advantage that the sensitive capsule automatically has a large capacity. Since the noise of a C-microphone is smaller, the larger its capsule capacity, the invention makes it possible to build high-sensitivity and low-noise microphones, but still have a wide dynamic range, because so for the recording of loud sound events, the capsule on insensitive (large Distance between the electrode and the membrane) can be switched.

Um besser reproduzierbare Ergebnisse zu liefern, kann im Mikrofon jeweils die Kapselkapazität als Meßgröße für eine Regelschleife herangezogen werden. Damit können aber auch Fertigungstoleranzen und Temperatureinflüsse, die sich auf den Abstand zwischen Elektroden negativ auswirken, auf einfache und zuverlässige Weise ausgeglichen werden. Die Schaffung einer entsprechenden Elektronik stellt für den Fachmann auf dem Gebiete der Abstimmung von Mikrofonen in Kenntnis der Erfindung kein Problem dar.In order to provide better reproducible results, the capsule capacitance can be used as a measured variable for a control loop in the microphone. But this also allows manufacturing tolerances and temperature influences, which have a negative effect on the distance between electrodes, to be compensated in a simple and reliable manner. The provision of appropriate electronics is not a problem for those skilled in the field of tuning microphones in the knowledge of the invention.

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. 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). Aus dem oben beschriebenem Grund (kein Stromfluß) kann man die Spannung, an die die Plättchen angeschlossen sind, als Polarisationsspannung bezeichnen.Since the piezoelectric plates are electrically high impedance in both application examples, no noticeable current flows through them, which has a positive effect on the total power consumption of the electroacoustic device. 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 charge current in the electrical control circuit, and only until the capacitor has charged to the connected voltage (a few milliseconds). For the reason described above (no current flow), the voltage to which the plates are connected can be referred to as the polarization voltage.

Die Größe der Polarisationsspannung kann man entweder kontinuierlich, oder in vorgegebenen Stufen verändern. Die Spannungsquelle selbst ist eine Gleichstromspannungsquelle und ihre Spannung kann je nach Bedarf bis zu einigen 100 V betragen. Da die Spannungsquelle keine nennenswerte Stromintensität liefern muß, ist es auch möglich, auf alle Stromschutzmaßnahmen (Strombegrenzung) zu verzichten. Die Spannung kann entweder aus der Stromversorgung des Gerätes gewonnen werden (Phantomspeisung bei Kondensatormikrofonen), oder auch aus einer am Gerät angeschlossenen Regelspannung.The size of the polarization voltage can be changed either continuously or in predetermined stages. The voltage source itself is a DC voltage source and their voltage can be up to several 100V as needed. Since the voltage source does not have to provide any appreciable current intensity, it is also possible to dispense with all current protection measures (current limitation). The voltage can either be obtained from the power supply of the device (phantom power for condenser microphones) or from a control voltage connected to the device.

Es wird die Verwendung von piezoelektrischen Elementen, die einen besonders großen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, selbstverständlich bevorzugt. Damit ist es möglich, einzelne elektroakustische Elemente einzeln zu beeinflussen. 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 Fig. 6 dargestellt ist. Es ist so auch möglich, die Größe eines akustisch bedeutsamen Volumens 17 durch Parallelschaltung zu einem anderen Volumen 18 zu vergrößern wie es die Fig. 7 zeigt. Es können auch ganze Reibungspillen, die beispielsweise in Schalldurchtrittsöffnungen 35 angeordnet sind, mechanisch verschoben oder "zugedeckt" werden, wie aus der Fig. 8 ersichtlich. Dabei ist jeweils mit 21 ein aus piezoelektrischem Material hergestelltes, und auf die oben beschriebene Art mit einer Steuerspannung betriebenes Plättchen gekennzeichnet ist. Ein so mit Steuerspannung angeregtes Plättchen 21 öffnet oder schließt die für die akustische Abstimmung der im Detail nicht dargestellten Kapsel vorgesehenen Elemente.Of course, the use of piezoelectric elements having a particularly large coefficient of expansion is preferred. This makes it possible to influence individual electroacoustic elements individually. Thus, in the region of the capsule or the friction pill by the excitation with control voltage channels 16 in a component 19 can be opened or closed individually by a piezoelectrically reacting plate 21, as in the Fig. 6 is shown. It is thus also possible to increase the size of an acoustically significant volume 17 by connecting it in parallel with another volume 18, like the latter Fig. 7 shows. Entire friction pills, which are arranged, for example, in sound passage openings 35, can also be mechanically displaced or "covered", as can be seen from FIG Fig. 8 seen. In this case, each 21 is a made of piezoelectric material, and in the manner described above operated with a control voltage plate is characterized. A so excited with control voltage plate 21 opens or closes the provided for the acoustic vote of the capsule not shown in detail.

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. 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.A dynamic adaptation of an electroacoustic transducer or capsule, which is based on the electrostatic principle and operates as a microphone, is characterized in that between the main sound source and the microphone a sound level determining sound receiver is arranged, the measured value for controlling the voltage for the electrostrictive or Magnetostrictive element is used. Due to the fast data processing and the rapid adaptation of piezoelectric components, the sensitivity of the microphone can be adjusted as a function of the current sound level during recording.

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.
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