Микрофон
Класс 21а>, 14а
Эй 77499
СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТ ЕНТУ
Заявитель Главное управление электрослаботочной про шленности
ССГСЦ,:;:11;,д
1 г! 0гг> "и : сглаз ьиб ТИ07Г1 л
Действительный изобретатель иностранец Гарри Ф. Олсон
МИКРОФОН
Заявлено 7 января 1940 г. за № 308408 в Министерство электропромышленности СССР
Предметом изобретения является микрофон направленного действия, предназначенный для использования в звукозаписывающих и т. п. установках, где желательно исключить влияние на микрофоч мешающих звуков. Микрофон обеспечивает характеристики направленности, не зависящие от частоты воспринимаемого звука.
Предлагаемый микрофон содержит большое число звуковых трубок различной длины, присоединенных к общему каналу, связанному с одной стороной преобразователя звуковых колебаний в электрические и нагруженному на своей другой стороне акустическим сопротивлением.
Особенность предлагаемого микрофона состоит в том, что входные концы звуковых трубок расположены ступенчато. При такой конструкции расстояние между самой длинной и самой короткой трубками определяет характеристику направленности микрофона.
Изложенное поясняется чертежами.
На фиг. 1 — 14 показаны различные видоизменения микрофона, выполненные согласно изобретению; на фиг. 15 — 17 — примеры использования в предлагаемом микрофоне различных преобразователей акустических колебаний в электрические; на фиг. 18 — принципиальная схема микрофона, выполненного согласно изобретению; на фиг. 19 и 20— частотные характеристики двух модификаций предлагаемого микрофона; на фиг. 21 — частотная характеристика микрофона по схеме, изображенной на фиг. 18; на фиг. 22 — собранный полностью микрофон; сконструированный в соответствии с настоящим изобретением и смонтированный для эксплуатации по схеме, изображенной на фиг. 18.
Микрофон содержит несколько звуковых трубок 1 — б с прогрессивно изменяющейся длиной, присоединенных к общей коробке 7, внутрь которой вмонтирована лента 8, могущая вибрировать в магнитном поле известным образом. Трубки 1 — б должны иметь такую длину, при кото№ 77499 рой их свободные концы лежат на одной прямой линии, предпочтительно параллельно, и так, чтобы можно было направлять звуковые волны на переднюю поверхность вибрирующего элемента или ленты . Диаметры трубок 1 — 6 желательно иметь одинаковые и малые по сравнению с длиной ленты 8. К задней стороне коробки 7 присоединена трубка 9, наполненная войлоком 10 или. аналогичным материалом и представляющая вместе с войлоком акустическое сопротивление, ограничиваемое лентой 8 и имеющее величину, весьма близкую волновому сопротивлению трубок 1 — 6, и большую сравнительно с сопротивлением массы ленты 8. Суммарная поверхность поперечных сечений трубок 1 — 6 выбирается по возможности равной поверхности поперечного сечения трубки 9. Это уменьшает отражение в коробке 7, особенно если акустическое сопротивление ленты 8 мало по сравнению с сопротивлением т бки 9. Если сопротивление ленты сравнимо с волновым сопротивлетру ки кием трубок 1 — 6, то векторная сумма сопротивления части пр б р (трубки 9 с войлоком 10 до ленты 8) и сопротивления самой ленты 8 должна быть равна волновому сопротивлению трубок 1 — 6.
Расчет величины давления на микрофон, создаваемого принятыми звуковыми колебаниями при различных углах падения звука, показывает, что подбором соответствующего отношения длины трубок к длине волны практически возможно получить любую характеристику направленности микрофона.
В микрофоне, изображенном на фиг. 1, может иметь место некоторое затухание звука в трубках 1 — 6 при высоких частотах. Эта потеря может быть компенсирована присоединением к концам трубок 1 — 6 небольших приставок — рупоров.
Микрофон, изображенный на фиг. 2, имеет такие приставки, обозначенные цифрами 11 — 16 и закрепленные на свободных концах трубок 1 — 6. Характеристика каждого из малых рупоров 11 — 16 может быть сделана такой, при которой рупоры увеличивают давление со стороны какой-либо трубки 1 — 6 при высоких частотах и не влияют на звук при малых частотах. Увеличение давления возмещает потери от затухания звука в каждой из малых трубок.
В некоторых случаях неудобно или нежелательно вследствие потерь в трубках 1 — 6 присоединять последние в коробке 7, внутри которой помещена лента. Микрофон может быть поэтому выполнен, как по" 18 казано на фиг. 3, где между трубкой 9 и вспомогательной коробкой к которой присоединены трубки 1 — 5, вставлена секция трубки 17. Такого рода конструкция совершенно не искажает характеристики. Площадь поперечного сечения трубки 17 предпочтительно делается равной сумме площадей поперечных сечений трубок 1 — 5, и лента 8 может быть установлена на конце акустического сопротивления.
Фиг. 4 показывает видоизменение микрофона, в котором трубки 2
3, 4 и 5 снабжены соответственно двойным коленом 2а, 8а, 4а и 5а, вносящим затухание. Колена 2а — 5а прогрессивно удлиняются в соответствии с длинами трубок, части которых они образуют, так, что, например, самая длинная трубка 5 имеет самое длинное колено 5а. В результате введения затухания в трубчатые элементы посредством колен 2а—
5а получается более резко выраженная характеристика направленности.
На фиг. 5 показано видоизменение микрофона, действие которого основано на использовании разности результирующих давлений двух систем трубок. Одна система содержит трубки 21 — 25, соединенные вместе в элементе 26, с которым связана также длинная трубка 19, заполненная войлоком 20; другая система состоит из ряда трубок 81 — 85„ присоединенных к общему элементу 27, с которым также связана трубка 28 № 77499 с войлоком 29 внутри нее. Разность между длинами обеих систем трубок характеризуется разностью между средней длиной трубок 21 — 25 и средней длиной трубок 81 — 85 или при одинаковых изменениях длины трубок в обеих системах разность длин систем трубок может быть выражена разностью в длине каких-либо соответствующих трубок, например
22 и 82. Трубка 28 в этой форме выполнения микрофона снабжена коленом 80, имеющим длину, равную указанной выше разности между длинами обеих систем трубок. Лента 8 помещена между трубками 19 и 28 и приводится в действие разностью давлений в этих трубках. Длину колена 80 предпочтительно делать настолько меньше половины длины волны, улавливаемой устройством, насколько это возможно практически.
Это создает значительно более острые характеристики.
На фиг. 6 показан другой вариант микрофона, подобный микрофону, изображенному на фиг. 5, но с направлением отдельных трубок 21—
25 одной системы и трубок 81 — 85 другой системы прямо на ленту 8 с ее противоположных сторон, а не к коробкам 2б и 27, как показано на фиг. 5, причем трубки 81 — 84 имеют прогрессивно изменяющиеся колена.
На фиг. 7 дано видоизменение микрофона, являющееся комбинацией форм .выполнения по фиг. 4 и 5. Характеристика направленности этой конструкции получается более узкой.
На фиг.,8 изображено видоизменение микрофона, изображенного на фиг. 7. Микрофон подобен по форме выполнения микрофону, изображенному на фиг. 6, в том отношении, что звуковые трубки направлены прямо на ленту 8.
В варианте микрофона, изображенного на фиг. 9, трубки 21 и 81, .22 и 82 и т д. сделаны попарно сообщающимися, а трубки 81 — 85 для целей замедления снабжены коленами 8la — 85a. Ветви трубок 21 — 25 присоединены трубками 216 — 256 к одной стороне ленты 8, а ветви трубок 81 — 85 присоединены трубками 816 — 856 к противоположной стороне ленты 8. Каждая система трубок доходит до акустических сопротивлений 19 — 20 и 28 — 29, как описано выше. Эта модификация содержит две системы трубок, которые сконструированы так, чтобы на выходе характеристика давления была косинусоидальная.
B некоторых случаях желательно ограничить низкочастотную часть диапазона микрофона. На фиг. 10 показано, каким образом это может быть осуществлено. Если трубка 9, которая доходит до задней стороны коробки 7 с лентой 8, очень длинная и заполнена демпфирующим звук материалом 10, то импеданц трубки до ленты 8 представляет собой практически активное сопротивление для всех длин волн. Если же трубка 9 меньше четверти длины волны, она действует как емкость. Это значит, что импеданц возрастает по мере того, как длина трубки уменьшается. Таким образом, импеданц трубок становится больше и скорость движения ленты уменьшается. Эффект при применении длинной трубки
9, которая представляет активное сопротивление, по сравнению с применением короткой трубки поясняется частотной характеристикой, показанной на фиг. 19. Микрофон с короткой трубкой 9, заканчивающийся у ленты 8, как показано на фиг. 10,предусматривает ограничение низкой частоты.
У микрофонов рассматриваемого типа в трубках имеется затухание, которое пропорционально частоте и обратно пропорционально диаметрам трубок.
На фиг. 11 показан микрофон с трубками 8á — 40 различных диаметров. Трубка 40 имеет самый малый диаметр и самое малое давление при высоких частотах. Но при низких частотах она будет давать то же самое давление, как и короткая трубка то о же диаметра. Это явление
¹ 77499 дает способ получения такой системы трубок, которая становится более короткой с увеличением частоты и осуществляет возможность получения характеристики равномерной направленности. Если параметры подобраны так, чтобы длина была обратно пропорциональна частоте, то характеристика направленности будет независима от частоты.
На фиг. 12 показан другой способ укорочения эффективной длины системы трубок. Свободные или звукоулавливающие концы трубок 41—
45 снабжены элементами 4!а — 45а, получающимися путем сужения свободных концов трубок, предпочтительно прогрессивно и в соответствии с длинами трубок 41 — 45.
В такой конструкции давление на ленту 8 слабее при высоких частотах и величина ослабления увеличивается по мере сужения. Подходящим выбором параметров длина системы может быть сделана обратно пропорциональной частоте. Поэтому ординаты характеристики направленности будут обратно пропорциональны частоте.
В микрофоне, изображенном на фиг. 13, использован другой способ укорочения эффективной длины с частотой. Здесь трубки 1 — 5 снабжены расширенными секциями или объемами 45 — 50 для получения акустических емкостей, причем эти объемы прогрессивно увеличиваются в направлении от самой короткой трубки 1 до самой длинной трубки 5.
Таким образом, возможно ослабить давление, создаваемое какой-либо трубкой при высоких частотах. Подходящим выбором параметров длина системы может быть сделана обратно пропорциональной частоте.
В микрофоне, показанном на фиг. 14, достигается уменьшение амплитуд высоких частот всей системы. В этой форме выполнения сделано сужение 9а. Как отмечено выше, импеданц сужения увеличивается с частотой. Сужение 9а уменьшит скорость движения ленты 8 при высоких частотах. Относительный эффект действия сужения показан частотными характеристиками на фиг. 20.
Во всех описанных микрофонах лента 8 служит электроакустическими преобразователями для превращения звуковых колебаний в соответствующие электрические колебания. Для этой цели, как показано на фиг. 15, магнит 51 создает магнитный поток в воздушном промежутке, в котором помещена лента 8 с возможностью ее колебаний между полюсными наконечниками 52. На фиг. 16 показана конструкция микрофона с применением электродинамической системы, состоящей из магнита 58 и мембраны 54 со звуковой катушкой, которая известным образом помещена в воздушном зазоре между полюсами магнита 58.
На фиг. 17 показана конструкция микрофона с конденсаторным преобразователем 55 акустических колебаний в электрические. Эта конструкция имеет известные достоинства, так как акустический импеданц конденсаторного микрофона велик и не изменяет импеданц соединения звуковых трубок с большой трубкой.
На фиг. 18 показана схема полностью собранного микрофона с четырьмя отдельными системами трубок 55, 57, 58 и 59. Эти системы трубок могут быть образованы в соответствии с любой описанной выше формой выполнения изобретения и соразмерены для перекрытия диапазона от 50 до 10000 гц, например, так, чтобы каждая система трубок покрывала заданный участок диапазона и чтобы при этом характеристики получились равномерной направленности на всем диапазоне.
Низкочастотная система трубок 56 на практике может иметь длину около 3 м, система трубок 57 средней пониженной частоты — около 1 м, система трубок 58 средней повышенной частоты — около 300 мм и высокочастотная система трубок 59 — около 100 мм. С этими системами трубок соответственно могут быть соединены подходящие электрические № 77499 фильтры 5ба — 59а для разделения частот на выходе. Частотные характеристики отдельных систем трубок вместе с системой фильтров могут быть такими, как показано на фиг. 21. Такая комплексная система делает возможным получение характеристики практически равномерной направленности.
На фиг. 22 показан полностью собранный микрофон, смонтированный для эксплуатации. Микрофон включает системы трубок 5б — 58, смонтированные внутри перфорированной коробки б4, открытой на звукоулавливающем конце и шарнирно поддерживаемой скобой бО на подставке б1. Последняя состоит из двух поворотных телескопически раздвигающихся секций б2 и бЗ; при помощи них и шарнирной скобы микрофон может быть направлен в любую сторону.
Предмет изобретения
Микрофон направленного действия, отличающийся тем, что входные концы звуковых трубок, каждая из которых имеет длину, о тл и ч н у ю от длины других, расположены ступенчато. — ll
¹ 77499
Часто ппа
Puz. 20
5б 5Е 5В
Редактор Ю. Б. Городецкий Техред А. А. Камышникова Корректор Н. В. Щербакова
Подп, к печ. 10/1Х вЂ” 62 г
Зак. 2769/4
Формат бум. 70 Х 106 /ы
Тираж 200
ЦБТИ при Комитете по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Москва, Центр, М. Черкасский пер., д. 2/6.
Объем 0,96 изд . л.
Цена 5 коп
Типография, пр. Сапунова, 2.
2понная iпруба пос поянного поперечЕ сэ
30 100 1000 10000
Часп7 оma
Puz. Z1
