DE1274192B - Microphone combination with an amplifier circuit that consists of two microphone groups - Google Patents
Microphone combination with an amplifier circuit that consists of two microphone groupsInfo
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DEUTSCHESGERMAN
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AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Int. Cl.: Int. Cl .:
H04rH04r
Deutsche KL: 21 a2-16/05 German KL: 21 a2- 16/05
Nummer: 1274192 Number: 1 274192
Aktenzeichen: P 12 74 192.3-31 (N 26725) File number: P 12 74 192.3-31 (N 26725)
Anmeldetag: 15. Mai 1965 Filing date: May 15, 1965
Auslegetag: 1. August 1968 Open date: August 1, 1968
Aus dem Buch von Olson »Elements of Acoustical Engineering«· ist es bekannt, einem Mikrophon eine bestimmte Richtwirkung dadurch zu verleihen, daß man das Schallfeld auf beide Seiten der Membran einwirken läßt, und zwar entweder direkt mit einem durch die Abmessungen des Mikrophons und die Richtung des eintreffenden Schalls bedingten Zeitunterschied (Druckgradientenmikrophon) oder dadurch, daß auf einer Seite der Membran ein akustisches Netzwerk angebracht wird (Kardioidmikrophon). Die Mikrophone der letzteren Art können als Kombination eines Druckmikrophons mit kreisförmiger Richtcharakteristik und eines Druckgradientenmikrophons mit achtförmiger Richtcharakteristik aufgefaßt werden. Die auf diese Weise erhaltene Riehtcharakteristik ist im Prinzip unabhängig von der Frequenz, sofern die Abmessungen des Mikrophons klein gegenüber der Wellenlänge sind.From Olson's book, Elements of Acoustical Engineering «· it is known to give a microphone a certain directional effect by that one lets the sound field act on both sides of the membrane, either directly with one caused by the dimensions of the microphone and the direction of the incoming sound Time difference (pressure gradient microphone) or the fact that on one side of the membrane an acoustic Network is attached (cardioid microphone). The latter type of microphones can be used as Combination of a pressure microphone with a circular directional characteristic and a pressure gradient microphone can be perceived with figure-of-eight directional characteristics. The directional characteristic obtained in this way is in principle independent of the frequency, provided the dimensions of the microphone are small compared to the wavelength.
Aus dem erwähnten Buch ist es weiter bekannt, einen Schallempfänger mit einer bestimmten Rieht-Charakteristik dadurch zu verwirklichen, daß die den Schall auffangende Oberfläche größer als die Wellenlänge gemacht wird. Beispiele davon sind das Mikrophon mit einem parabolischen Spiegel, das Mikrophon mit einer akustischen Linse, das Mikrophon mit einer Laufzeitröhre und eine Kombination von Mikrophonen, die auf einer Geraden (Mikrophonsäule) oder in einer Ebene angeordnet sind und gleichphasig zusammenarbeiten.From the book mentioned it is also known to have a sound receiver with a specific Richt characteristic to be realized in that the surface collecting the sound is larger than the wavelength is made. Examples of this are the microphone with a parabolic mirror, the microphone with an acoustic lens, the microphone with a time tube and a combination of Microphones that are arranged on a straight line (microphone column) or in a plane and are in phase work together.
Alle diese Schallempfänger arbeiten nach dem Interferenzprinzip, d. h., die von einer nicht allzunahe beim Empfänger befindlichen Schallquelle herrührenden Schallwellen erreichen den Empfänger zu verschiedenen Zeitpunkten.All of these sound receivers work on the principle of interference, i. i.e. that of a not too close Sound waves originating from the sound source located at the receiver reach the receiver at different levels Points in time.
Die Richtcharakteristik dieser Empfänger ist stark von der Frequenz abhängig, und zwar um so mehr, je höher die Frequenz ist. Der Richtfaktor Ra der Richtcharakteristik beträgtThe directional characteristic of these receivers is heavily dependent on the frequency, and the more the higher the frequency is. The directivity factor R a of the directional characteristic is
Rn =R n =
sin X sin X
wobei X = X\_f(a), A], d.h. abhängig vom Einfallswinkel α der Schallwelle und von deren Wellenlänge / bzw. deren Frequenz ist. Die Richtwirkung fängt bei der Frequenz an, bei der die Wellenlänge von der gleichen Größenordnung wie die Abmessungen des Empfängers ist. Hieraus folgt, daß für niedrige Töne die Richtwirkung klein ist, sofern die Abmessungen des Empfängers nicht sehr groß gemacht werden.where X = X \ _f (a), A], ie dependent on the angle of incidence α of the sound wave and its wavelength / frequency. The directivity starts at the frequency at which the wavelength is of the same order of magnitude as the dimensions of the receiver. It follows that for low tones the directivity is small unless the dimensions of the receiver are made very large.
Außer diesen Interferenzmikrophonen sind sogenannte Differenzmikrophone bekannt, die aus min-Mikrophonkombination In addition to these interference microphones, so-called differential microphones are known which consist of a mini-microphone combination
mit einer Verstärkerschaltung,with an amplifier circuit,
die aus zwei Mikrophongruppen bestehtwhich consists of two microphone groups
Anmelder:Applicant:
N. V. Philips' Gloeilampenf abrieken,N. V. Philips' Gloeilampenf abrieken,
Eindhoven (Niederlande)Eindhoven (Netherlands)
Vertreter:Representative:
Dipl.-Ing. H. Auer, Patentanwalt,Dipl.-Ing. H. Auer, patent attorney,
2000 Hamburg 1, Mönckebergstr. 72000 Hamburg 1, Mönckebergstr. 7th
Als Erfinder benannt:
Derk Kleis,Named as inventor:
Derk Kleis,
Wilhelmus Hermanus Iding,
Eindhoven (Niederlande)Wilhelmus Hermanus Iding,
Eindhoven (Netherlands)
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
Niederlande vom 20. Mai 1964 (64 05 564)Netherlands of May 20, 1964 (64 05 564)
destens zwei Mikrophongruppen aufgebaut sind, die gegenphasig zusammengeschaltet sind. Solche Mikrophone sind eingehend in der USA.-Patentschrift 301 744 beschrieben worden. Die Mikrophongruppen sind im beschriebenen Beispiel hintereinandergeschaltet, wobei die Hauptrichtung des Systems der Verbindungslinie der beiden gegenphasig geschalteten Gruppen entspricht.at least two microphone groups are set up, which are interconnected in phase opposition. Such microphones have been described in detail in U.S. Patent 301,744. The microphone groups are connected in series in the example described, the main direction of the system being the Connection line of the two groups switched in phase opposition.
Besteht jede Gruppe aus einem einzigen Mikrophon mit einer Richtcharakteristik f(ä), so wird die Ausgangsspannung der MikrophonanordnungIf each group consists of a single microphone with a directional characteristic f (ä), the output voltage of the microphone arrangement is
nlnl
cos α für λ > 41, cos α for λ> 41,
wobei / der Abstand zwischen den beiden Mikrophonen ist.where / is the distance between the two microphones.
Die Frequenzcharakteristik weist eine ansteigende Linie auf mit einer Neigung von 6 db je Oktave bis zu einem Wert, bei dem λ = 21 ist; im Anschluß daran weist sie einen Wellencharakter mit Nullpunkten bei λ = /, λ = 1I21 usw. auf. Die Anordnung ist somit für Wellenlängen kleiner als λ = 21 unbrauchbar.The frequency characteristic shows a rising line with a slope of 6 db per octave up to a value at which λ = 21 ; afterwards it has a wave character with zero points at λ = /, λ = 1 I 2 1 and so on. The arrangement is therefore useless for wavelengths smaller than λ = 21.
Die Richtcharakteristik ist rotationssymmetrisch, was bei Anwendung auf einer Bühne ein Nachteil sein kann, weil dort der rotationssymmetrische Cha-The directional characteristic is rotationally symmetrical, which is a disadvantage when used on a stage can be, because there the rotationally symmetrical cha
809 5S8/301809 5S8 / 301
rakter die Bewegungsfreiheit der Schauspieler erheblich beschränkt.Character significantly restricts the actors' freedom of movement.
Die Richtcharakteristik zeigt in einer Richtung senkrecht zur Verbindungslinie zwischen den Mikrophonen einen Nullpunkt, d. h., die Empfindlichkeit dieser Anordnung ist in dieser Richtung gleich Null. Ein weiterer Nachteil dieser Anordnung ist die sogenannte Schattenwirkung, wodurch das vordere Mikrophon das hintere völlig abschirmt.The directional characteristic points in a direction perpendicular to the connecting line between the microphones a zero point, d. that is, the sensitivity of this arrangement is zero in this direction. Another disadvantage of this arrangement is the so-called shadow effect, which causes the front microphone completely shields the rear.
Die Erfindung betrifft demgegenüber eine Mikrophonkombination mit einer Verstärkerschaltung, die aus zwei Mikrophongruppen M1 und M2 besteht, die gegenphasig mit der Verstärkerschaltung verbunden sind, in der die Signale der beiden Gruppen addiert werden, wobei die Verstärkerschaltung mit einem oder mehreren Verstärkerelementen und einem oder mehreren Filterelementen versehen ist, die eine Trennung zwischen hohen und niedrigen Tönen bei einer Trennfrequenz /0 herbeiführen, während der Abstand zwischen den Gruppen kleiner als die Hälfte der der Trennfrequenz /0 entsprechenden Wellenlänge A0 ist.In contrast, the invention relates to a microphone combination with an amplifier circuit, which consists of two microphone groups M 1 and M 2 , which are connected in phase opposition to the amplifier circuit in which the signals of the two groups are added, the amplifier circuit with one or more amplifier elements and one or a plurality of filter elements is provided, which bring about a separation between high and low tones at a crossover frequency / 0 , while the distance between the groups is less than half of the wavelength A 0 corresponding to the crossover frequency / 0 .
Aus der USA.-Patentschrift 2 810 786 ist eine derartige Mikrophonkombination bekannt, bei der zwei Mikrophonsäulen hintereinander angeordnet sind. Beide Säulen arbeiten für niedrige Töne gemäß dem Differenzprinzip. Die Verstärkerschaltung enthält ein Tiefpaßfilter, durch das für hohe Töne die Wirkung der hinteren Säule zunichte gemacht wird, d. h., die Mikrophone in dieser Säule sind dabei nicht wirksam.Such a microphone combination is known from US Pat. No. 2,810,786 in which two microphone columns are arranged one behind the other. Both columns work accordingly for low notes the difference principle. The amplifier circuit contains a low-pass filter through which the The effect of the rear pillar is negated, d. that is, the microphones in this column are not included effective.
Bei hohen Tönen sind nur die Mikrophone der ersten Säule wirksam, und zwar als Interferenzsystem. In the case of high tones, only the microphones in the first column are effective, as an interference system.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Frequenz /0 zu dem Additionssignal ein Teil des Signals der Gruppe M1 addiert wird, wonach das gesamte Signal über ein Tiefpaßfilter dem gemeinsamen Ausgang der Verstärkerschaltung zugeführt wird, und daß oberhalb der Frequenz f0 die Signale sämtlicher Mikrophone gleichphasig addiert und über ein Hochpaßfilter dem gemeinsamen Ausgang der Verstärkerschaltung zugeführt werden, während sämtliche Mikrophone nebeneinander angeordnet sind, wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß die Gruppe M1 zentral in bezug auf die Gruppe M2 angeordnet ist.The invention is characterized in that below the frequency / 0 a part of the signal of the group M 1 is added to the addition signal, after which the entire signal is fed to the common output of the amplifier circuit via a low-pass filter, and that above the frequency f 0 the signals all microphones are added in phase and fed through a high-pass filter to the common output of the amplifier circuit, while all microphones are arranged next to one another, the arrangement being such that the group M 1 is arranged centrally with respect to the group M 2 .
Die Erfindung' stützt sich auf die folgende Erkenntnis: Wenn zwei entgegengesetzt geschaltete Mikrophone nebeneinander angeordnet werden, so beträgt die AusgangsspannungThe invention is based on the following knowledge: If two oppositely connected microphones are arranged next to each other, so is the output voltage
nl " . .
e = — · / (a) ■ sin a nl "..
e = - / (a) ■ sin a
für λ > 41. for λ> 41.
5555
Die Richtcharakteristik dieser Anordnung besteht aus zwei Kurven, die gegenphasig sind und beide ihren Höchstwert unterhalb 90° haben. Wird zu diesem Signal das von einem der zwei Mikrophone herrührende Signal addiert, so ergibt sich eine asymmetrische Richtcharakteristik, wobei die Asymmetrie ihrerseits vom Winkel der auftreffenden Welle abhängt. The directional characteristic of this arrangement consists of two curves that are out of phase and both have their maximum value below 90 °. This signal becomes that of one of the two microphones The resulting signal is added, the result is an asymmetrical one Directional characteristic, whereby the asymmetry in turn depends on the angle of the incident wave.
Wird dieser Anordnung ein drittes Mikrophon zugefügt, das in gleichem Abstand und auf der gleichen Verbindungslinie angeordnet ist, wobei die beiden äußeren Mikrophone gleichphasig parallel geschaltet sind und das mittlere Mikrophon gegenphasig geschaltet ist, so ergibt sich das folgende Ausgangssignal: If a third microphone is added to this arrangement, the one at the same distance and on the same Connecting line is arranged, with the two outer microphones in phase parallel are switched and the middle microphone is switched in phase opposition, the following output signal results:
e = -^J- ■ f(a) ■ sin2 α für λ > 41. e = - ^ J- ■ f (a) ■ sin 2 α for λ> 41.
Die Richtcharakteristik besteht aus zwei Kurven mit gleicher Phase in der 90°-Richtung.The directional characteristic consists of two curves with the same phase in the 90 ° direction.
Um jetzt eine Anordnung mit ausgesprochener Bevorzugung in der Hauptrichtung, d. h. senkrecht zur Verbindungslinie, zu erhalten, muß die oben angegebene Spannung, die die Form Bf(a) sin2 a hat, gegenphasig zur Ausgangsspannung des mittleren Mikrophons addiert werden, so daß die Gesamtspannung wird:In order to obtain an arrangement with pronounced preference in the main direction, ie perpendicular to the connecting line, the voltage given above, which has the form Bf (a) sin 2 a , must be added in phase opposition to the output voltage of the central microphone, so that the total voltage will:
Ha)(B1 -B sin2 a). Ha) (B 1 -B sin 2 a).
Wenn B1 = B- ist, so ergibt sich ein Nullpunkt für a = 90°. Die Richtcharakteristik enthält eine große Kurve mit einer Vorzugsrichtung bei 0°.If B 1 = B- , there is a zero point for a = 90 °. The directional characteristic contains a large curve with a preferred direction at 0 °.
Diese Anordnung bietet die folgenden Vorteile:This arrangement offers the following advantages:
1. Das System ist in der Nullrichtung für alle Frequenzen brauchbar. Die Frequenzcharakteristik verläuft nicht unberechenbar;1. The system is in the zero direction for all frequencies useful. The frequency characteristics are not unpredictable;
2. keine Schattenwirkung, weil sich die Mikrophone nicht stören;2. No shadow effect because the microphones do not interfere with each other;
3. die Richtcharakteristik ist nicht rotationssymmetrisch. 3. the directional characteristic is not rotationally symmetrical.
Findet ein zentrales Mikrophon Verwendung, das durch mindestens drei symmetrisch angeordnete Mikrophone, die in gleicher Weise geschaltet sind und gegenüber dem zentralen Mikrophon gegenphasig arbeiten, umgeben wird, so ist eine rotationssymmetrische Richtcharakteristik erzielbar.A central microphone is used, which is supported by at least three symmetrically arranged microphones, which are switched in the same way and in phase opposition to the central microphone work, is surrounded, a rotationally symmetrical directional characteristic can be achieved.
Wenn eine störende Schallquelle vorhanden ist, kann durch geeignete Wahl von» B1 gegenüber B der erwähnte Nullpunkt in Richtung der störenden Schallquelle gelegt werden.If there is an interfering sound source, the aforementioned zero point can be set in the direction of the interfering sound source by suitable selection of »B 1 compared to B.
Für die hohen Töne wirkt eine Mikrophonkombination nach der Erfindung wie ein Interferenzmikrophon, dessen Richtcharakteristik, wie bereits bemerkt, bei zunehmender Frequenz einen schärferen Charakter aufweist.For the high tones, a microphone combination according to the invention acts like an interference microphone, its directional characteristic, as already noted, a sharper character with increasing frequency having.
Diese ganze Mikrophonkombination weist im ganzen Frequenzbereich eine gute Richtcharakteristik auf, die mit einer Frequenzcharakteristik ohne Nullpunkte kombiniert ist.This whole combination of microphones has a good directional characteristic over the entire frequency range which is combined with a frequency characteristic without zero points.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the drawing.
F i g. 1 bis 3 zeigen verschiedene Mikrophonkombinationen nach der Erfindung, wobei die Mikrophone nebeneinander angeordnet sind.F i g. 1 to 3 show different microphone combinations according to the invention, the microphones are arranged side by side.
Mit α wird die Grundform, mit b die abgeleitete Form und mit c die gekrümmte, abgeleitete Form der Mikrophonkombination bezeichnet.The basic shape is designated with α , the derived shape with b and the curved, derived shape of the microphone combination with c.
F i g. 4 zeigt die Schaltungsanordnung der Mikrophonkombination nach der Erfindung. Dabei stellt F i g. 1 eine Mikrophonkombination aus Kardioidmikrophonen dar, die fluchtend zueinander angeordnet sind. Es gibt zwei Gruppen von Mikrophonen M1 und M2, wobei die zwei Mikrophone der Gruppe M1 von mehreren Mikrophonen von M2 umgeben werden.F i g. 4 shows the circuit arrangement of the microphone combination according to the invention. F i g. 1 represents a microphone combination of cardioid microphones which are arranged in alignment with one another. There are two groups of microphones M 1 and M 2 , the two microphones of group M 1 being surrounded by several microphones of M 2 .
F i g. 2 zeigt eine Anzahl von Mikrophonen in einer einzigen Ebene. Die Gruppe M1 besteht aus neun Mikrophonen, die von 8 · 3 Mikrophonen der Gruppe M2 umgeben werden.F i g. Figure 2 shows a number of microphones in a single plane. The group M 1 consists of nine microphones, which are surrounded by 8 x 3 microphones of the group M 2 .
F i g. 3 zeigt eine Konferenzmikrophonkombination mit einer kreisförmigen Richtkennlinie in der Horizontalebene.F i g. 3 shows a conference microphone combination with a circular directional characteristic in FIG Horizontal plane.
Nach F i g. 4 wirken die schematisch dargestellten Mikrophongruppen M1 und M2 mit einander entgegengesetzten Polaritäten.According to FIG. 4, the schematically illustrated microphone groups M 1 and M 2 act with opposite polarities.
Die Ausgangssignale von M1 und M2 werden unterhalb einer Trennfrequenz von 1500 Hz derart durch die Schaltungsanordnung geleitet, daß die ganze Mikrophonkombination nach dem Differenzprinzip arbeitet, über dieser Frequenz werden diese Ausgangssignale additiv zusammengesetzt, und die Mikrophonkombination arbeitet dann nach dem Interferenzprinzip.The output signals from M 1 and M 2 are passed through the circuit arrangement below a separation frequency of 1500 Hz in such a way that the entire microphone combination works according to the difference principle, above this frequency these output signals are additively combined, and the microphone combination then works according to the interference principle.
Unterhalb der Trennfrequenz von 1500 Hz addieren sich die Ausgangssignale von M1 und M2 mit entgegengesetzter Polarität über Verstärker 1 bzw. 2 und Widerstände 3 bzw. 4 des Potentiometers 5, worauf das Signal nacheinander zwei .RC-Filter 6, 7 und 9, 10, Verstärker 8 und Widerstand 11 durchläuft. Below the crossover frequency of 1500 Hz, the output signals from M 1 and M 2 add up with opposite polarity via amplifier 1 or 2 and resistors 3 or 4 of potentiometer 5, whereupon the signal is successively two .RC filters 6, 7 and 9, 10, amplifier 8 and resistor 11 passes through.
Diesem Summensignal wird ein Signal mit entgegengesetzter Polarität zugesetzt, das aus einem Teil des Ausgangssignals der Mikrophongruppe M1 besteht, der nach dem Verstärker 2 abgegriffen und über das Potentiometer 12, den Widerstand 13 und den Verstärker 14 geführt wird.A signal with opposite polarity is added to this sum signal, which consists of a part of the output signal of the microphone group M 1 , which is tapped after the amplifier 2 and fed via the potentiometer 12, the resistor 13 and the amplifier 14.
Das Gesamtsignal wird darauf über das Tiefpaßfilter 23, 24 mit einer Grenzfrequenz von 1500 Hz und den Widerstand 25 den Ausgangsklemmen 30 und 31 zugeleitet.The total signal is then passed through the low-pass filter 23, 24 with a cut-off frequency of 1500 Hz and resistor 25 fed to output terminals 30 and 31.
über der Frequenz von 1500 Hz wird das Ausgangssignal von M2 zu einem Teil des Ausgangs- ' signals von M1 addiert, wobei das Ausgangssignal von M2 über Widerstände 17 und 18 und das Ausgangssignal von M1 über das Potentiometer 12, den Widerstand 13 und den Verstärker 14 mit gleicher Polarität am Verstärker 19 ankommen. Das Summensignal erreicht über das Hochpaßfilter 20, 21 mit einer Grenzfrequenz von 1500Hz die Ausgangsklemmen 30 und 31.Above the frequency of 1500 Hz, the output signal from M 2 is added to part of the output signal from M 1 , the output signal from M 2 via resistors 17 and 18 and the output signal from M 1 via potentiometer 12, resistor 13 and the amplifier 14 arrive at the amplifier 19 with the same polarity. The sum signal reaches the output terminals 30 and 31 via the high-pass filter 20, 21 with a cutoff frequency of 1500 Hz.
Mittels des Potentiometers 12 läßt sich die Größe der Amplitude des zugeordneten Signals regeln, wodurch die Richtung, bei der die Empfindlichkeit der gesamten Mikrophonkombination Null ist, geändert werden kann. Mit Plus- und Minuszeichen ist die Polarität des betreffenden Signals für Frequenzen von weniger als 1500Hz in der Zeichnung angedeutet. The size of the amplitude of the assigned signal can be regulated by means of the potentiometer 12, thereby changing the direction in which the sensitivity of the entire microphone combination is zero can be. With plus and minus signs, the polarity of the signal in question is for frequencies of less than 1500Hz indicated in the drawing.
Claims (5)
USA.-Patentschriften Nr. 2 301 744, 2 810 786;
Buch von Harry F. Olson, »Elements of Acoustical Engineering«, Toronto—New York—London, 1949, Kapitel VIII, S. 214 ff.Considered publications:
U.S. Patent Nos. 2,301,744, 2,810,786;
Book by Harry F. Olson, Elements of Acoustical Engineering, Toronto-New York-London, 1949, Chapter VIII, pp. 214 ff.
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