Evaluation der Schwingungsformen auf Kondensatormikrofon-Membranen und deren Einfluss auf den subjektiv wahrgenommenen Klang der Wandler

Sittler, Oliver

The following thesis shows different methods of non-contacting laser-interferometric measurements tracking condenser-microphone membranes in motion. The results of these measurements are compared with the results of an listening comparative test of different microphones conducted with experts. The individual movement of the membrane on different stimulus-signals is analyzed to detect correlation of membrane movement and the sound of a capsule. With the data of the individual membrane-movement the sound of a capsule can be already manipulated in the construction-state of any microphone. Different capsules (varying in geometrical form, size and format - pressure- und pressure-gradient microphones) and different membrane-materials were analyzed and the results were compared. The database of conducted measurements enables to explain differences in the sound by synthetic and metallic membranes. Furthermore effects of different membrane tension and variations of membrane thickness and -material were analyzed. In addition the creation of transfer functions of the different test samples is explained, including its usage on arbitrary audio-signals. By that specific sound characteristics of capsule-constructions and different membrane materials can be simulated. The border area of a circular membrane moves different compared to the middle area in different frequencies. This effect is used to build a demonstrator of a newly developed microphone. This construction enables the conversion of independent acoustic signals coming from different parts of the membrane to electric signals.

In der vorliegenden Arbeit werden Methoden zur berührungslosen Erfassung von Schwingungsformen auf Kondensatormikrofon-Membranen mittels eines laserinterferometrischen Messsystems gezeigt. Die Ergebnisse der Schwingungsmessungen werden mit denen eines Experten-Hörtests verglichen. Ziel ist es, die Schwingung der Membran bei unterschiedlichen Anregungssignalen zu zeigen und herauszufinden, wie sich diese Schwingung auf den Klang der Kapsel auswirkt. So kann das Schwingungsverhalten der Membran und damit der Klang einer Kapsel bereits bei der Konstruktion gezielt beeinflusst werden. Hierzu werden unterschiedliche Kapselkonstruktionen (in geometrischer Form, Größe und Ausführung - sowohl Druck- als auch Gradientenempfänger) und Membranmaterialien untersucht und die Ergebnisse miteinander in Verbindung gesetzt. Anhand der gemessenen Schwingung lassen sich u.a. Aussagen darüber treffen, warum Kunststoff- und Metallmembranen unterschiedlich klingen. Es wird gezeigt, wie sich eine Veränderung der mechanischen Vorspannung der Membranen und eine Variation in Dicke und Material auf deren Schwingung auswirkt. Außerdem wird erklärt, wie es möglich ist, mit Hilfe der Ergebnisse aus den unterschiedlichen Messreihen, die Übertragungsfunktionen der jeweiligen Prüflinge auf beliebige Audiosignale umzulegen. Somit können Klangeigenschaften von Kapselkonstruktionen und den verwendeten Membranmaterialien simuliert werden. Auf einer runden Membran bewegt sich Rand- und Mittenbereich frequenzspezifisch unterschiedlich. Dieser Effekt wird beim Bau eines Demonstrators ausgenutzt. Die Konstruktion ermöglicht es, Signale der Schwingung von unterschiedlichen Membranbereichen voneinander unabhängig elektroakustisch zu wandeln.

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Sittler, Oliver: Evaluation der Schwingungsformen auf Kondensatormikrofon-Membranen und deren Einfluss auf den subjektiv wahrgenommenen Klang der Wandler. 2015.

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