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Kehlkopfmikrophon Bei der Sprachübertragung aus Räumen mit starkem
Störgeräusch, wie z. B. Flugzeugkabinen, Maschinenräumten, Kampfwagen o. dgl., werden.
häufig Berührungsmikrophone, isnbesondere Kehlkopfmikropho@n:e; verwendet. Diese
Mikrophorfe, die im allgemeinen als Kohremikrophone ausgebildet sind, gehen zwar
eine verhältnismäßig hdhe Spannung ab; jedoch läßt die Wiedergabe der Sprache zu
wünschen übrig. Außerdem sind diese Mikrophone gegen äußere Erschütterungen blesonders
:empfindlich, @da die Spannung durch die Gesamtbewegung des Mikrophons erzeugt wird.
Wenn z. B. der Sprechlee selbst starken Erschütterungen ausgesetzt' ist, wie dies
bei der Besatzung eines Kampfwagens der Fall sein kann, oder auch starker Luftstörschall
vorhanden ist, kann unter Umständen der Störpegel den 'Nutzplegel völlig überdecken.
Eine weitere Schwierigkeit, die weiter unten näher erörtert wird, besteht darin,
daß es bei den Kohlemikrophonen. praktisch nicht möglich ist, den für die optimale
Verständigung erforderlichen Pxiequenzgang des: Mikrophons in einfacher Weise herbeizuführen.
Bei diesen Mikrophonen ist nämlich die erzeugte Spannung den aufgedrückten Amplituden
proportional. Sie sind im ällgemeinen hoch abgestimmt, was bedingt, daß unterhalb
der Resonanz bei konstanter aufgedrückter Amplitude die abgegebene Spannuni im übertragungsbereich
unabhängig von der Frequenz konstant ist. Dieses Verhalten isst, wie nütch erläutert
wird, bei K ehlkopfmikrophonen unerwünscht.
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Dies weiteren sind Mikrophone bekanntgeworden, bei denen die schwingende
Membran, ähnlich wie bei Kopfhörern, einen Teil eines magnetischen Kreises bildet.
Sie steilen in bezug auf äußere Erschütterungen schon einen Fortschritt gegenüber
dien Kohlemikrophonen dar, 'haben aber infolge der solchem System-en eigenen magnetischen
Streuflüsse einen so schlechten Wirkungsgrad, daß bei der Verwendung dieser Mikrophone
Bein großer Aufwand an Verstärkung notwendig wird, was wiederum Anlaß zu Störungen,
diesmal im elektrischen Teil der Anordnung, geben kann.
Außerdem
besteht die Gefahr, daß die Meinbraven nicht nur von den Schallwellen, die von dem
betreffenden Sprecher ausgehen, angeregt werden, sondern auch von denen, die in
näherer oder weiterer Umgebung enistehen, so daß sie durch diese Schwingungen gleichfalls
in Bewegung gesetzt werden. Dementsprechend gehen die akustischen Störgeräusche
mit in die übertraggung ;ein und beeinträchtigen die Wiedergabe erheblich, da im
allgemeinen die Schallenergie des Störgeräusches beträchtlich größer ist als die
der Sprache selbst.
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Bei solchen Mikrophonen ist es bereits bekannt, die Mikrophonkapsel
federnd in einem Gehäuse zu lagern und die an der Kapsel angeordnete Membran mit
einer außerhalb des Gehäuses angeordneten Druckplatte zu verbinden, wobei der Träger
frei beweglich durch das Gehäuse hindurchragt. Auf diese Weise entstehen zwei Schwingungsgebilde,
von denen das eine von der Kapsel mit ihrer elastischen Lagerung gegen das Gehäuse
und das andere durch die Membran mit der Kapsel gebildet wird. Dadurch ist es möglich,
dem :erstgenannten Schwingungsgebilde eine niedrigere Eigenfrequenz- zuerteilen
als dem zweitgenannt-en. Diese sehr tiefe Eigenfrequenz soll bewirken, daß bei starken
Drucken gegen die Druckplatte die Kapsel etwas nachgeben kann, damit die Verständigungsgüte
durch eine infolge des Anlegedrucks auftretende Diurchbiegung der Membran nicht
beeinträchtigt wird. Es handelt sich also darum, daß ein Gleichdruck ,aufgenommen
wird. Die Eigenfrequenz dieses Gebildes liegt entsprechend dieser Forderung unterhalb
oder an der unteren Grenze des ü bertragungsb.ereiches.
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Um die Anforderungen an die Kehlkopfmikrophone genau festlegen zu
können, wurden eine Reihe von Spektob ammen verschiedener Laute am Kehlkopf .aufgenommen
und mit den entsprechenden Luftschallauten verglichen. Ganz allgemein zeigen alle
Aufnahmen der Vokale den Frequenzgang des Kehlkopfes als gleichmäßiges Fallen der
Empfindlichkeit am Kehlkopf mit steigender Frequenz. Die Abb. i veranschaulicht
diesen Frequenzgang. Als Abszisse sind im logarithmischen Maßstab die Frequenzen,
als Ordinate die relative Empfindlichkeit, der Quotient aus der vom Kehlkopfmikrophon
abgegebenen Spannung VKektkopjmilrop1ton lind der von einem dem Luftschall ausgesetzten
KondensatormikrophGn abgegebenen Spannung VKo"ieil,#:zroriofkropitott aufgetragen.
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Darüber hinaus ergeben die Aufnahmen einen Aufschluß über die schlechte
Verständlichkeit aller Laute, die an den Zähnen und Lippen gebildet werden und hauptsächlich
hohe Frequenzen enthalten. An Stelle dieser Laute nimmt das Kehlkopfmikrophon Laute
geringerer Frequenz auf, deren Entstehung auf die durch en Kehlkopf strömende Luft
zurückzuführen ist. Diese im Luftschall nicht mehr vorhandenen Töne werden von den
BürÜhrungsmikropho:nen gut aufgenommen rund geben an Stelle der Zisch- u. dgl. Laute
ein in einem tieferen Frequenzbereich liegendes Geräusch, das bei den verschiedensten
Zisch-und Lippenlauten, wie f, s, sch, ch, j usw., nahezu die gleiche Zusammensetzung
hat-Die Abb. z läßt dies deutlich erkennen. D',( -
Abszisse zeigt wieder im
logarithmischen l@l,al@-stab die Frequenzen, die Ordinate die ab-egebene Spannung
iri Volt,',ec B. Die zwischen 9oo und 3ooo Hz liegenden Bereiche sind charakteristisch
für das Gebiet der falschen Kehlkopflaute, und zwar zeigt die ausgezogene Kurve
sk das Gebiet für den Konsonanten s, die strichpunktiert dargestellte Kur ve schk
das Gebiet für den Konsonanten sch, wie sie am Kehlkopf aufgenommen sind. Die diesen
Konsonanten bei der Luftschallaufnahme entsprechenden Bereiche sL und SCIIL sind
gestrichelt dargestellt. Die Tatsache des Auftretens der falschen Kehlkopflaute
ist neben dem Fehlen hoher* Frequenzen für die schlechte Verständlichkeit der Sprache
durch Kehlkopfmikrophone maßgebend.
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Um dieser Frequenzcharakteristik des Kelfkopfes Rechnung zu tragen,
mtd)) daher das . Kehlkopfmikroplton so ausgebildet sein, #a1.1) eine den Frequenzgäng
des Kehlkopfes kompensierende und die Störgeräusche sowie das Fehlen der hohen Frequenzen
berücksichtigende Entzerrung vorhanden ist. Es mut') also i. der Frequenzgang des
Kehlkopfes ansgeglichen werden, z. das Gebiet falscher Kehlkopflaute dämpft werden,
3. das Frequenzgebiet der Zisch- und Lippenlaute, die ja praktisch erst im Munde
entstehen, stark angehoben werden.
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Ein solcher Frequenzgan:g läßt sich bei den üblichen Schüttelmikrophonen
nach dem Kohlekörnerprinzi.p nicht erzielen. Dagegen lassen sich Geschwindigkeitsmikrophone,
insbesondere elektromagnetische Mikrophone, dementsprechend bemessen. Die Komp@ns.ation
des Frequenzgang,es des Kehlkopfes erfolgt durch die Benutzung des Geschwindigkeitsmikrophons
an sich. Ein solches Mi:krt>-phon, z. B. ein elektromagnetisches Mikrophon, besitzt
nämlich den zum Ausgleich erforderlichen steigenden Frequenzgang auf Grund des angewendeten
Schallumsetzungsprinzips von Natur aus. Bei konstanter auffallender Amplitude steigt
unterhalb der Resonanz die abgegebene Spannung mit der
Frequenz,
da die erzeugte Spannung proportional der Geschwindigkeit ist.
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Die Erfindung bezieht sich dementsprechend auf ein Kehlkopfmikrophon
mit einem nach dem elektromagnetischen Prinzip mit schwingendem Anker arbeitenden
SchwingungsUmsetzungssystem. Bei diesem wird die Dämpfung des Gebietes der falschen
Kehlkopflau 1e und die starke Anhebung des Frequenzgebietes der Zisch- und Lippenlaute
gemäß der Erfindung dadurch bewirkt, daß die 'Masse .des Schwingungssystems und
die Rückstellkraft der Lagerung so bemessen sind, daß eine Grundresonanz des, Systems.
im Bereich von etwa 8oo bis iooo Hz vorhanden ist und daß die Masse des Ankers und
seine Elastizität so gewählt sind, daß mindestens eine Eigenresonanz des Ankers,
oberhalb 15 oo Hz, insbesondere itn Bereich von etwa 25oo bis 35oo Hz, liegt.
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Der Frequenzgang eines solchen Mikrophons ist in der Abb. 3 veranschaulicht.
Die Abszisse zeigt die Frequenzen im logarithmischen Maßstab, die Ordinate die abgegebene
Spannung in Volt/,uB.
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Besonders einfach bei gutem Wirkungsgrad läßt sich ein solcher Fnequenzgang
bei ,einem nach ,dem elektromagnetischen Prinzip mit schwingendem Anker arbeitenden
Mikrophon dadurch herbeiführen, daß das die Schallschwingungen aufnehmende Element
ohne Zwischenschaltung einer Hebelübersietzung, die störende Eigenfrequenzen hervorrufen
könnte, unmittelbar mit .dem schwingenden Anker des Magnetsystems verbunden wird,
wobei der Anker derart gelagert ist, daß seine Drehbewegung ,des. Ankers vermieden
ist. Es. findet lediglich eine Paralleluerschve-bung des Ankers statt. Ein :solches
System zeichnet sich durch einen guten magnetischen Schluß und damit durch hohe
aus. Der Anker selbst ist magnetisch entlastet, so daß er dünner gehalten. werden
und daher die ob,enerwähnten EigenschwinguA;gsbedmgungen (bestimmte elastische Eigenschaften
und Masse) leichterfüllt werden können. Durch die geeignete Bemessung der den Anker
in die Ruhelage zurückführenden Haltefedern, die ja vorhanden sein müssen, um das
Ankleben des Ankers an den Polschuhen zu verhindern, läßt sich die Grundschwingung
des Systems in den nach obigem erforderlichen Bereich von -etwa 8oo bis - i#öoo
Hz legen. Eine Verbreiterung der Resonanz kann durch Anregungsflächen anderer innerer
Dämpfung herheigeführt werden. Diese Dämpfungsmittel können so ausgebildet und angeordnet
sein, daß sie nur die Grundresonanz des Systems beeinflussen und auf die Eigenresonanz
des Ankers selbst keine Wirkung haben. Die Resonanz oberhalb der falschen Kehlkopflaute
im Gebiet der Zischlaute wird,durch die Eigenschwingung des Ankers in sich hervorgerufen.
Maßgebend hierfür ist also die `.Masse und die innere Elastizität -des Ankers. Der
Angriff des übertragungsstiftes erfolgt zweckmäßig im Knoten der für das Resonanzsystem
benutzten Schwingungsform.
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Wählt man den Anker so steif, wie es mit Rücksicht auf die magnetischen
Zugkräfte erforderlich ist, so, rückt die obere Resonanz sehr .leicht über das Gebiet
hinaus, in dem sie .entsprechend den obigen Ausführungen zweckmäßig liegen müßte.
Es ist daher erforderlich, den Anker so. mit Masse zu belasten, daß seine Steifigkeit
nicht vergrößert wird. Als eine solche Belastung wählt man zweckmäßig die Sprechstromspulen,
die daher auf .den Anker gewickelt werden, was sich auch hinsichtlich der Verringerung
des Streuflusses und so der Verbesserung des Wirkungsgrades ,günstig auswirkt. Diese
Spulen können auch zur Dämpfung und damit zur Verbreiterung der Resonanz herangezogen
werden.
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Die Abb. q. und 5 veranschaulichen ,ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes,
und zwar zeigt die Abb. q. .das Prinzip der Anordnung, die Abb. 5 den konstruktiven
Zusammenbau. Innerhalb der Polschuhe i und 2 eines Magnetsystems ist der Anker 3
parallel zu sich selbst in der durch die " Pfeile gekennzeichneten Richtung verschiebbar
angeordnet. Diese Parallelverschiebung wird dadurch ermöglicht, daß der Anker mit
einem Stift q verbunden ist, der bei 5 und 6 an den Blattfedern 7 und 8, die im
Gehäuse gelagert sind, befestigt ist. An dem Stift q. ist hei 9 der die Schwingungen
auf das Magnetsystem übertragende Teil io, der @ebenfalls im Gehäuse gelagert ist,
befestigt. Diasganze System kann in einem völlig abgeschlossenen Gehäuse angeordnet
sein, so daß keine Feuchtigkeit oder schädliche Säuren o.. dgl. eindringen können.
Als Werkstoff für das Gehäuse sind Kunststoffe, wie mit Phenolformaldehydkondens.ationsproduktenoder
anderen Kunstharzen behandelte Gewebte oder auch solche Kunstharze selbst bzw. Leichtmetall
oder Leichtmetallegierungen, zu empfehlen.
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Die Grundschwingung des Systems, die etwa bei 8oobis ioooHz liegt,
wird bestimmt durch die Elastizität der Federn 7 und 8 und des Teiles i o sowie
durch die Massen des Ankers 3, der Federn 7 und 8, des Stiftes q. und des Teiles.
i o. Die obere Resonanz ist abhängig von der Masse des, Ankers 3 und gegebenenfalls
der auf dem Anker sitzenden Spule 3a und von der Eigenelastizität des Ankers. Die
obere Resonanz tritt deswegen besonders stark in Erscheinung, weil sich der Schwingungsbauch
im
Luftspalt befindet. Dies ist von großer Bedeutung für die die Sprachverständlichkeit
maßgebend beeinflussenden Gebiete der höheren Frequenzen.
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Bei der Prinzipdarstellung gemäß Abb. d. ist .die Anordnung so. getroffen,
daß die Polschuhe i und 2, gegebenenfalls sogar die mit diesen Polschuhen in Verbindung
stehenden Schenkeldes Permanentinagnetsystems, durchbohrt sein müssen. Uni dies
zu vermeiden, ist es zweckmäßig, abgebogene Polschuhe zu verwenden, wie dies die
Abb. 5, die den konstruktiven Aufbau des neuen Mikrophons zeigt, veranschaulicht.
In dem Gehäuse i i ist an den Federn 12 der Anker 13, der die Spule i g. trägt;
gelagert. Der den Anker 13 tragende Stift 15- ist bei 16 und 17 mit den beiden
Federn 12 verbunden. Der Stift 15 ist seinerseits mit dem die Schwingungen aufnehmenden,
z. B. am Kehlkopf anliegenden Teil 18 bei i g verbunden. Der Teil 18 schließt das
Magnetsystem nach außen luftdicht ab. Er wird durch eine am Übertragungsbolzen 15
befestigte Kappe gebildet. Diese Kappe schwingt nicht wie bei den bekannten Berührungsmikrophonen
als Ganzes mit, sondern ist am Rand fest eingespannt. Sie besteht vorteilhaft aus
einem mit Kunstharzen getränkten Gewebe oder auch aus Kunstharz selbst. Selbstverständlich
kann sie auch atis Mietall oder einem anderen für die übertraggttngszwecke geeigneten
Werkstoff bestehen. Die mitschwingende Masse-ist in dem gewählten Fall wesentlich
geringer als bei .den bekannten Kehlkopfmikrophonen, bei denen eine starre, am Kehlkopf
anliegende Kalotte als übertragungsmittel dient, was sich hinsichtlich des Wirkungsgrades
bei den hohen Frequenzen günstig bemerkbar macht. Die innere Dämpfung der Kappe
macht die tiefere Resonanz (Grundschwingung) flacher, beeinflußt aber nicht die
Ausbildung - der Ankerresonanzen. Die feste Randeinspannung der Kappe verhindert
das Auftreten von Querkräften auf das äußere Ende des Stiftes 15. Damit sind Querverschiebungen
des Ankers - im Gegensatz-zu anderen Ausführungen - weitgehend unterbunden, was
einen engeren Luftspalt zuläßt und damit eine Steigerung des Wirkungsgrades ;gestattet.
Der Stift 1"5 wird im Gegensatz zu der Ausführung bei den bekannten Mikrophonen,
bei denen durchweg eine Schraubbefestigung ,gewählt ist, durch Löten an der Kappe
18 befestigt, und zwar wird erst der Anker im Luftspalt zentriert und dann nach
dem Aufsetzen der Kappe 18 der übertragungsstift 15 mit dieser bei i g verlötet.
Im Gegensatz zu Schraubverbindungen ist daher bei der Montage keine ungewollte Verstellung
des einmal richtig eingestellten Ankers snqglich. Gleichzeitig dient also die Kappe
noch dazu, das Schwingungssystem zu zentrieren.
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Aus der Darstellung ist noch deutlich zu ersehen, daß die Polschuhe
2o und 21 abgebogen sind, damit sie bzw. der Permanentmagnet nicht durchbohrt werden
müssen.
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Falls man mehrere Teilresonanzen ausnutzen will, kann man die Anordntmg
so treffen, daß der Übertragungsbolzen nicht wie bei ,dem Ausführungsbeispiel symmetrisch,
sondern unsymmetrisch angreift.
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Das vorbeschriebene Kompensationsprinzip läßt sich auch bei anderen
Berührungsmikrophonen, z. B. Nasen- oder Wangenmikrophonen, bei denen sinngemäß
ähnliche Verhältnisse wie beim Kehlkopf vorliegen können, anwenden.
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Statt des dargestellten elektromagnetischen Systems mit sich auf die
gleichnamigen Pole zu bewegendem Anker kann auch ein nach dem Induktor- bzw. Tauchankerprinzip
wirkendes System verwendet werden.