Akustik, Mikrophon

21/11/2007 - 21:38 von Thobias Schreiner | Report spam
Hallo, ich habe keine speziellere Gruppe für Akustik gefunden,
deshalb hier:

Wie würde ein elektrisches Ersatzschaltbild für die akustischen
Eigenschaften eines Mikrophones aussehen?
Indem man z.B. den Luftdruck mit der Spannung, und Lüftströmung mit
dem el. Strom identifiziert?
Kugelmikrophonkapseln bestehen aus Membranen, die auf der Rückseite
luftdicht abgeschlossen sind, àhnlich einem Dosen-Barometer. Der
Druckunterschied zwischen vorne und innen lenkt die Membran aus. ->
wàre also ein ideales Voltmeter (Innenwiderstand -> oo )?

Damit aber der statische Luftdruck die Membran nicht auslenkt, sondern
nur die Schall-Luftdruckschwankungen, macht man in die Rückseitendose
ein kleines Loch zum Druckausgleich. Die Luft kann also nur langsam
einströmen -> DC-Druck wird kurzgeschlossen.
Ein Loch müsste also eine Spule zwischen innen und außen (parallel zum
Voltmeter) sein?

Es gibt auch Mikrophone, bei denen die Membran nicht rückwàrtig
eingeschlossen ist (Achter-Charakteristik), die also auf die
Schalleinfallsrichtung empfindlich sind. Von vorne auftreffender
Druckanstieg lenkt die Membran nach hinten, seitlich auftreffender
Druckanstieg lenkt gar nicht aus.
Der Druckanstieg pflanzt sich mit Schallgeschwindigkeit fort (im
Unterschied zu den Annahmen der NF-Technik, wo man davon ausgeht, dass
sich Spannungsanstiege unendlich schnell über Leitungen ausbreiten).
Die Luft selber ist also als eine Leitung mit Impedanz zu betrachten?

Bis jetzt habe ich die Membran als masselos betrachet, und die
elastischen Rückstellkràfte der Membraneinspannung vernachlàssigt.
Andererseits, eine masselose unendlich "schlapp" eingespannte Membran
(keine elastischen Rückstellkràfte durch die Aufhàngung) mit
rückwàrtiger "Barometerdose" lenkt sich nur soweit aus, bis Innendruck
durch die Kompression der eingeschlossenen Luft gleich Aussendruck ist
(DC-Betrachtung), also eine elastische Rückstellkraft. Welches
elektrische Ersatzschaltbild hàtte denn die Membran nach dieser
Überlegung? Die Membran würde nach pV=konst das eingeschlossene
Volumen messen. Und wie passt das mit Achter-Membranen (ohne
Rückseitendose) zusammen? Der Übergang von Kugelkapseln (mit Dose mit
Loch) zu Achter-Membranen ist ja ein fließender, wenn man ausgehend
von Kugel-Kapsel das Loch immer größer macht.

Kurz, ich komme mit meinen Überlegungen nicht so recht weiter.
Weiss jemand einen Link oder brauchbare Literatur zu diesem Thema?
Oder möchte ein paar Erklàrungen dazu hier posten?
Reflexionen im Raum, Unterschiede zwischen Diffus- und Direktschall
möchte ich erstmal außen vor lassen. Das Mikrophon soll also außerhalb
eines Raumes hoch über dem Boden aufgebaut sein.

Hintergrund der Frage: Ich möchte die Zusammenhànge zwischen
Steifigkeit (Federkosntante) der Membraneinspannung, Membran- und
Druckausgleichslochgröße, Dosenvolumen und Frequenzgang und Resonanzen
besser verstehen, indem ich mir Schritt für Schritt ein elektrisches
Ersatzschaltbild zusammenbaue. Rein aus Interesse an der Tontechnik.

Mir bekannte Tontechnik-Bücher (Dickenreiter z.B.) gehen darauf nicht
so recht ein, weil ein Tontechniker ja keine Mikrophone konstruiert.

Beste Grüße und vielen Dank im voraus.
 

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#1 Hans-Bernhard Bröker
22/11/2007 - 00:38 | Warnen spam
Thobias Schreiner wrote:

Kugelmikrophonkapseln bestehen aus Membranen, die auf der Rückseite
luftdicht abgeschlossen sind, àhnlich einem Dosen-Barometer. Der
Druckunterschied zwischen vorne und innen lenkt die Membran aus. ->
wàre also ein ideales Voltmeter (Innenwiderstand -> oo )?



Eher ein idealer Kondensator.

Damit aber der statische Luftdruck die Membran nicht auslenkt, sondern
nur die Schall-Luftdruckschwankungen, macht man in die Rückseitendose
ein kleines Loch zum Druckausgleich. Die Luft kann also nur langsam
einströmen -> DC-Druck wird kurzgeschlossen.

Ein Loch müsste also eine Spule zwischen innen und außen (parallel zum
Voltmeter) sein?



Nein. Ein Widerstand, der den Kondensator entlàdt.

Die Luft selber ist also als eine Leitung mit Impedanz zu betrachten?



Unbedingt. Genauer wie ein Volumen-Leiter, also ein solider Block aus
leitendem Material.

Generell bin ich eher unüberzeugt, dass du mit einem elektrischen
Ersatzbild wirklich besser bedient bist als mit der tatsàchlichen
Akustik. Die elektrischen Äquivalente wàren nicht einfacher nur anders.

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