A Simple Second-Order Toroid Microphone

A second-order gradient microphone with toroidal directional characteristics is described. The microphone consists of four commercially available, inexpensive first-order-gradient electret microphones wich are arranged in the wall of a hollow cylinder at 90° angular spacings and whose outputs are added. The toroidal microphone shows a directional characteristic which is relatively frequency independent. It is characterized by rotational symmetry around the cylinder axis and by a cosine-squared dependence in the planes containing the rotational axis. In the direction of the axis, the sensitivity at midfrequencies is typically 20 dB lower than in the equatorial plane. The equalized frequency response in this plane is within ± 3 dB from 0.3 to 3 kHz, with a 1 kHz sensitivity of about − 60 dBV/Pa. The noise level of the microphone, measured in the frequency band 0.3…10 kHz, is −120 dB re 1 V, corresponding to an equivalent sound pressure level of 34 dB.

Zusammenfassung

Es wird ein Gradientmikrophon zweiter Ordnung mit toroidaler Richtcharakteristik beschrieben. Das Mikrophon besteht aus vier im Handel erhältlichen, preiswerten Elektret-Gradient-mikrophonen erster Ordnung, die in Winkelabständen von 90° in der Wand eines Hohlzylinders angeordnet sind und deren Ausgangsspannungen addiert werden. Das Toroidmikrophon zeigt eine relativ frequenzunabhängige Richtcharakteristik, die bezüglich der Zylinderachse rotationssymmetrisch ist und durch eine Kosinus-Quadrat-Abhängigkeit in den die Rotationsachse enthaltenden Ebenen gekennzeichnet ist. In der Achsenrichtung ist die Empfindlichkeit bei mittleren Frequenzen typischerweise 20 dB niedriger als in der Äquatorebene. Sie schwankt im Bereich von 0,3 bis 3 kHz nach Ausgleich um ± 3 dB und beträgt bei 1 kHz etwa − 60 dB rel. 1 V/Pa. Der Rauschpegel des Mikrophons wurde im Frequenzbereich von 0,3 … 10 kHz zu −120 dB rel. 1 V gemessen, was einem äquivalenten Schalldruckpegel von 34 dB entspricht.

Sommaire

On décrit un microphone à gradient du second ordre possédant une caractéristique directionnelle toroïdale. L'instrument est construit au moyen de quatre microphones à gradient du premier ordre, du type à électret et qu'on trouve à bon marché dans le commerce. Ces quatre éléments sont disposés à 90° l'un de l'autre dans la paroi d'un cylindre creux et leurs tensions de sortie sont mises additivement en série.

Ce microphone toroïdal possède une caractéristique directionnelle relativement indépendante de la fréquence. Elle a une symétrie de rotation par rapport à l'axe du cylindre et une allure en cosinus au carré dans les plans contenant l'axe de symétrie. Dans la direction de l'axe, la sensibilité de ce microphone est d'environ 20 dB inférieure à celle dans le plan equatorial. Dans ce plan, la réponse égalisée en fréquence se situe dans la fourchette ± 3 dB de 0,3 à 3 kHz, avec une sensibilité d'environ − 60 dB V/Pa à 1 kHz. Le niveau de bruit, mesuré dans la bande de 0,3 à 10 kHz, est de −120 dB re 1 V, ce qui correspond à un niveau de pression sonore équivalente de 34 dB.