Die Luft- und Körperschall-Empfindlichkeit von Rückplatten-Elektretmikrophonen

The electroacoustic properties of backplate electret microphones, for example the sensitivity to air- and solid-borne sound, are investigated theoretically and experimentally. To calculate the open-circuit microphone sensitivity the membrane differential equation is solved and evaluated on a digital computer. The theory includes several properties which influence the membrane motion, such as the radiation pressure and the reaction pressure. The results show the dominant influence of the gas-flow damping in the air gap between membrane and backplate on the damping of the whole microphone system. Radiation losses scarcely influence the amplitude and phase response especially for well-damped systems. It also follows that with respect to vibration sensitivity the backplate electret microphones are superior to nearly all other transducers. The theoretical results are completely verified by measurements.

Zusammenfassung

Es werden die elektroakustischen Eigenschaften, z. B. die Luft- und Körperschall-Empfindlichkeit, von kreisförmigen Rückplatten-Elektretmikrophonen theoretisch und experimentell behandelt. Zur Berechnung des Mikrophon-Leerlaufübertragungsfaktors werden unter anderem die Membran-DGL gelöst und auf einem Digitalrechner ausgewertet. Die Theorie enthält die verschiedenen Einflußgrößen, welche auf die Membranschwingung einwirken, wie den Strahlungs- und Reaktionsdruck. Hierbei zeigt sich der überragende Einfluß der Strömungsdämpfung im Luftspalt zwischen Membran und Rückelektrode auf das Gesamtdämpfungsverhalten der Wandler. Die Strahlungsverluste besitzen, vor allem bei stark gedämpften Systemen, kaum einen Einfluß auf den Amplituden- und Phasengang. Die Untersuchungen zeigen, daß Rückplatten-Elektretmikrophone hinsichtlich ihrer niedrigen Körperschall-Empfindlichkeit nahezu allen anderen Wandlerarten überlegen sind. Die theoretischen Ergebnisse konnten in allen Punkten durch Messungen verifiziert werden.

Sommaire

On présente une étude à la fois théorique et expérimentale des principales propriétés électroacoustiques (p. ex. la sensibilité aux sons aériens et aux vibrations) de microphones à électrets de forme circulaire avec plaques dorsales. Pour calculer le facteur de transmission à vide, on a résolu les équations différentielles du mouvement de la membrane et on en a programmé l'évaluation numérique. Puis on introduit dans la théorie les diverses grandeurs qui peuvent exercer une influence sur le mouvement de la membrane, comme par exemple la pression de radiation et la pression de réaction. On note l'influence prépondérante de l'amortissement de l'écoulement de l'air dans l'espace compris entre la membrane et la plaque dorsale servant de seconde électrode. Par contre les pertes dues au rayonnement, surtout dans les systèmes fortement amortis, n'ont qu'une très faible influence sur l'évolution du mouvement en amplitude comme en phase. A cause de sa faible sensibilité aux vibrations, ce type de microphone paraît nettement supérieur à tous les autres. Les prévisions théoriques ont pu être vérifiées en tout point par des expériences.