DE10300063A1 - Membrane for acoustic transducers - Google Patents

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Abstract

Eine elektrostatisch aufladbare polymere Membran 3 für akustische Wandler besitzt einen El-Wert von weniger als 22 mg/muC, wobei der El-Wert definiert ist als Quotient des Flächengewichts des Membranmaterials zur Flächenladungsdichte der elektrostatisch aufgeladenen Membran. Bevorzugte Membranmaterialien sind verstrecktes Polytetrafluorethylen (ePTFE) sowie verdichtetes ePTFE, bekannt als HSF.An electrostatically chargeable polymeric membrane 3 for acoustic transducers has an El value of less than 22 mg / muC, the El value being defined as the quotient of the weight per unit area of the membrane material and the surface charge density of the electrostatically charged membrane. Preferred membrane materials are stretched polytetrafluoroethylene (ePTFE) and densified ePTFE, known as HSF.

Description

Die Erfindung betrifft eine Membran für akustische Wandler, insbesondere für akustische Wandler der sogenannten Flat-Panel-Technologie, umfassend eine – insbesondere metallbeschichtete – Polymermembran.The invention relates to a membrane for acoustic Converter, especially for Acoustic transducers of the so-called flat panel technology, comprehensive one - in particular metal coated - polymer membrane.

Akustische Wandler der Flat-Panel-Technologie können nach zwei unterschiedlichen Prinzipien arbeiten. In beiden Fällen wird die Polymermembran zunächst auf ein konstantes elektrisches Potential aufgeladen. Gemäß dem einen Prinzip wird die Membran mittels einer an die Membran angelegten Gleichspannung im Bereich von typischerweise 100 V bis 400 V elektrisch vorgespannt. Dieses Prinzip findet typischerweise bei Heimaudiogeräten Anwendung. Gemäß dem anderen Prinzip ist die Membran von vornherein permanent elektrostatisch aufgeladen, wodurch das Erfordernis einer elektrischen Vorspannung entfällt. Dieses Prinzip findet typischerweise bei Mikrofonen, nicht aber bei Lautsprechern Anwendung. Die vorgespannte oder aufgeladene Membran wird dann in einem Kondensator einer Wechselspannung entsprechend dem zu erzeugenden akustischen Signal ausgesetzt, um akustische Schwingungen der Membran zu erzeugen (Lautsprecherfunktion), oder eine akustische Schwingung wird mittels der Membran in eine solche Wechselspannung gewandelt (Mikrofonfunktion).Acoustic transducers of flat panel technology can work according to two different principles. In both cases the polymer membrane first charged to a constant electrical potential. According to one In principle, the membrane is applied to the membrane by means of a DC voltage in the range of typically 100 V to 400 V electrical biased. This principle is typically used in home audio devices. According to the other In principle, the membrane is permanently electrostatic from the outset charged, eliminating the need for electrical bias eliminated. This principle typically applies to microphones, but not use with loudspeakers. The preloaded or charged membrane then corresponds to an AC voltage in a capacitor exposed to the acoustic signal to be generated to acoustic Generate vibrations of the membrane (speaker function), or an acoustic vibration is converted into one by means of the membrane AC voltage converted (microphone function).

Während mittels Gleichspannung elektrisch vorgespannte Membranen aus PET oder anderen dünnen, steifen und preiswerten Polymeren bestehen können, sind die an elektrostatisch permanent aufladbare Membranen gestellten Materialanforderungen höher, da die elektrostatische Ladung dauerhaft sein und eine ausreichend hohe Flächenladungsdichte besitzen soll. Elektrostatische Membranen bestehen üblicherweise aus metallisierten Fluorethylenpolymer-(FEP)-Folien. Aufgrund ihrer geringen Zugfestigkeit von typischerweise weniger als 10 MPa sind diese Membranen jedoch für den Einsatz in Lautsprechern nur bedingt geeignet, da die Membranfläche, Belastung und Schwingungsamplitude bei Lautsprechermembranen vergleichsweise groß sind.While membranes made of PET electrically pre-stressed by means of DC voltage or other thin, stiff and inexpensive polymers can be electrostatic permanently rechargeable membranes made material requirements higher, because the electrostatic charge will be permanent and sufficient high surface charge density should own. Electrostatic membranes usually consist of metallized fluoroethylene polymer (FEP) films. Because of your low tensile strength of typically less than 10 MPa these membranes however for the use in loudspeakers is only conditionally suitable, because of the membrane surface, stress and vibration amplitude in loudspeaker membranes are comparatively large.

Auch für den Einsatz in mobilen elektronischen Geräten, insbesondere in mobilen Telekommunikationsendgeräten, sind elektrostatische Membranen geeignet, da sich damit auf Leiterplatten akustische Wandler in der Flat-Panel-Technologie leicht und platzsparend realisieren lassen. Die zunehmende Miniaturisierung elektronischer Geräte erfordert gerade für diese Zwecke die Entwicklung neuer Membranen für akustische Wandler.Also for use in mobile electronic Devices, especially in mobile telecommunication terminals, are electrostatic Membranes are suitable, since acoustic transducers can be found on printed circuit boards flat panel technology can be realized easily and space-saving. The increasing miniaturization of electronic equipment requires just for these purposes the development of new membranes for acoustic transducers.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Membran für akustische Wandler vorzuschlagen, die insbesondere für Lautsprecher und/oder den Einsatz in mobilen Telekommunikationsendgeräten geeignet ist.Object of the present invention is therefore a membrane for propose acoustic transducers, especially for speakers and / or suitable for use in mobile telecommunications terminals is.

Diese Aufgabe wird durch eine Membran gemäß den Patentansprüchen 1 und 2 gelöst. In davon abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.This task is accomplished through a membrane according to claims 1 and 2 solved. Dependent on it claims are advantageous refinements and developments of the invention specified.

Die erfindungsgemäße Membran besteht aus polymerem, permanent elektrostatisch aufladbaren Material, wobei der Begriff "permanent" nicht im strengen Sinne zu verstehen ist, sondern derart, dass der natürliche Spannungsverlust sehr langsam erfolgt, wodurch eine Erneuerung der elektrostatischen Vorspannung während der Einsatzlebensdauer der Membran nicht oder jedenfalls nur in größeren Zeitabständen notwendig ist. Dennoch kann die erfindungsgemäße Membran selbstverständlich auch für Anwendungen benutzt werden, in denen die Membran mittels einer Gleichspannungsquelle kontinuierlich elektrisch vorgespannt ist.The membrane according to the invention consists of polymeric permanently electrostatically chargeable material, the term "permanent" not being strict The meaning is to be understood, but in such a way that the natural loss of tension takes place very slowly, causing a renewal of the electrostatic Bias during the service life of the membrane is not, or at least only in longer intervals is necessary. Nevertheless, the membrane according to the invention can Of course also for Applications are used in which the membrane is powered by a DC voltage source is continuously electrically biased.

Die erfindungsgemäße Membran zeichnet sich durch eine spezielle Materialauswahl des polymeren Membranmaterials aus. Maßgebende Einflußfaktoren bei der Materialauswahl sind einerseits das Flächengewicht des polymeren Membranmaterials, welches möglichst gering sein soll, und andererseits die Flächenladungsdichte des Membranmaterials, welche möglichst hoch sein soll.The membrane according to the invention is characterized by a special material selection of the polymeric membrane material. authoritative influencing factors in the selection of materials are on the one hand the basis weight of the polymeric membrane material, which if possible should be low, and on the other hand the surface charge density of the membrane material, which if possible should be high.

Es ist allgemein bekannt, dass die Dicke der Membran für die akustische Wandlung einen kritischen Faktor darstellt, da eine dickere Membran träger ist und daher ungünstigere Schwingungseigenschaften besitzt als ein entsprechend dünnere Membran. Tatsächlich ist aber nicht die Materialdicke sondern das Flächengewicht des Materials für die Schwingungseigenschaften der kritische Faktor. Eine dicke Membran aus einem Material mit geringer Dichte kann daher bessere akustische Eigenschaften besitzen als eine aus dünnerem, aber wesentlich dichterem Material bestehende Membran. Daher ist ein besonders kritischer Faktor für die vorliegende Erfindung das Flächengewicht das Membranmaterials.It is common knowledge that the Thickness of the membrane for the acoustic change is a critical factor because one thicker membrane support is and therefore less favorable Vibration properties than a correspondingly thinner membrane. Indeed is not the material thickness but the basis weight of the material for the vibration properties the critical factor. A thick membrane made of one material low density can therefore have better acoustic properties than one made of thinner, but existing membrane much denser material. Therefore is a particularly critical factor for the present invention the basis weight the membrane material.

Darüber hinaus ist es bekannt, dass die akustischen Eigenschaften eines Wandlers mit elektrostatischer Membran um so besser sind, je höher die Flächenladungsdichte der elektrostatisch geladenen Membran ist. Daher ist es im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung erstrebenswert, ein Membranmaterial mit möglichst hoher maximaler Flächenladungsdichte zu verwenden. Die maximal erzielbare Flächenladungsdichte ist im wesentlichen ein materialspezifischer Wert, der durch die Art und Weise des elektrostatischen Aufladungsverfahrens nur wenig beeinflußbar ist.In addition, it is known that the acoustic properties of a transducer with electrostatic Membrane the better the higher the area charge density the electrostatically charged membrane. Therefore, it is related Desirable with the present invention is a membrane material with if possible high maximum surface charge density to use. The maximum achievable area charge density is essentially a material-specific value that is determined by the way in which it is electrostatic Charging process is little influenced.

Es hat sich nun überraschend herausgestellt, dass die beiden vorgenannten Faktoren "Flächenladungsdichte" und "Flächengewicht" einander gegenseitig beeinflussen. Es wurde nämlich festgestellt, dass eine Membran trotz geringer maximaler Flächenladungsdichte gute akustische Wandlereigenschaften besitzt, wenn ihr Flächengewicht nur genügend reduziert werden kann. Umgekehrt kann eine Membran mit guten akustischen Wandlereigenschaften auch aus einem Material bestehen, welches zwar einerseits ein hohes Flächengewicht besitzt, bei welchem andererseits aber eine überproportional hohe Flächenladungsdichte erreichbar ist.It has now surprisingly turned out that the two aforementioned factors “area charge density” and “area weight” influence one another. It was found that a membrane, despite its low maximum surface charge density, has good acoustic transducer properties if its surface weight can only be reduced sufficiently. Conversely, a membrane with good acoustic transducer properties also consist of a material which on the one hand has a high basis weight, but on the other hand a disproportionately high surface charge density can be achieved.

Dementsprechend ist die erfindungsgemäße Membran charakterisiert durch einen Wert, der nachfolgend als El-Wert ("electret inertia") bezeichnet wird und der sich aus dem Verhältnis des Membranflächengewichts M zur Flächenladungsdichte σ ergibt zu: El = M/σ.Accordingly, the membrane according to the invention is characterized by a value which is referred to below as the El value ("electret inertia") and which results from the ratio of the membrane basis weight M to the surface charge density σ: El = M / σ ,

Der El-Wert liegt bei der erfindungsgemäßen Membran bei einem Wert von unter etwa 22 mg/μC, insbesondere unter etwa 20 mg/μC. Je geringer der El-Wert ist, desto besser sind die Eigenschaften der Membran, so dass jeder beliebige unter 22 mg/μC liegender Wert als gegenüber einem darüber liegenden Wert bevorzugt anzusehen ist.The El value is in the membrane according to the invention at a value below approximately 22 mg / μC, in particular below approximately 20 mg / .mu.C. ever lower the El value is, the better the properties of the membrane, so everyone any below 22 mg / μC lying value as opposite one above preferred value should be considered.

Vorzugsweise wird als polymeres Membranmaterial ein Fluorpolymer verwendet, weil Fluorpolymere hoch temperaturbeständig sind. In mobilen Telekommunikationsendgräten können Temperaturen über 80° C über längere Zeitspannen auftreten. Im Zusammenwirken mit mikroelektronischen Bauelementen können kurzzeitig sogar Temperaturen bis 250° C erreicht werden.Preferably, the polymeric membrane material uses a fluoropolymer because fluoropolymers are highly temperature resistant. In mobile telecommunication devices, temperatures can exceed 80 ° C over longer periods occur. In cooperation with microelectronic components can temporarily even temperatures up to 250 ° C can be achieved.

Als besonders geeignete Materialien haben sich verstrecktes Polytetrafluorethylen (ePTFE) sowie HSF erwiesen. Bei HSF handelt es sich um verdichtetes ePTFE.As particularly suitable materials have stretched polytetrafluoroethylene (ePTFE) as well as HSF proved. HSF is compressed ePTFE.

Während die maximal erreichbare Flächenladungsdichte von ePTFE zwar lediglich etwa 75% der maximalen Flächenladungsdichte von FEP beträgt, kann ePTFE mit einem um ein Vielfaches geringeres Flächengewicht hergestellt werden als FEP.While the maximum achievable area charge density of ePTFE is only about 75% of the maximum surface charge density of FEP is can ePTFE with a much lower basis weight are manufactured as FEP.

Ein noch besser geeignetes Polymermaterial für die Membran ist HSF. Zwar ist HSF nicht mit einem derart geringen Flächengewicht herstellbar wie ePTFE, da es sich um verdichtetes ePTFE handelt. Jedoch läßt es sich immer noch mit einer geringeren Flächendichte herstellen als das herkömmliche FEP und besitzt darüber hinaus den besonderen überraschenden Vorteil, dass die maximal er reichbare Flächenladungsdichte mehr als das Doppelte der maximal erreichbaren Flächenladungsdichte von FEP beträgt.An even more suitable polymer material for the Membrane is HSF. HSF is not with such a low basis weight Can be manufactured like ePTFE because it is compressed ePTFE. However, it can be still produce with a lower density than that conventional FEP and owns about it also the special surprising Advantage that the maximum achievable area charge density more than is twice the maximum achievable area charge density of FEP.

ePTFE läßt sich mit einer Flächenladungsdichte von etwa 700 μC/m2 elektrostatisch vorspannen, HSF mit einer Flächenladungsdichte von etwa 2100 μC/m2. Demgegenüber liegt die maximal erreichbare Flächenladungsdichte von FEP bei etwa 1000 μC/m2. Ein El-Wert von unter 22 mg/μC läßt sich daher bereits mit ePTFE-Folien erzielen, die ein Flächengewicht von unter 15 g/m2 besitzen. Typische im Handel erhältliche ePTFE-Membranen besitzen beispielsweise ein Flächengewicht von 8 g/m2 bei einer Membrandicke von etwa 15 μm. Bei einer solchen Membran liegt der El-Wert bei lediglich 11,4 mg/μC. Im Vergleich dazu liegt der El-Wert von den üblicherweise 12,5 μm dicken FEP-Folien mit einem Flächengewicht von 27g/m2 bei 27,2 mg/μC, also etwa bei dem 2,5 fachen Wert.ePTFE can be electrostatically pre-stressed with a surface charge density of approximately 700 μC / m 2 , HSF with a surface charge density of approximately 2100 μC / m 2 . In contrast, the maximum achievable surface charge density of FEP is around 1000 μC / m 2 . An El value of less than 22 mg / μC can therefore already be achieved with ePTFE films that have a basis weight of less than 15 g / m 2 . Typical commercially available ePTFE membranes have, for example, a basis weight of 8 g / m 2 with a membrane thickness of about 15 μm. With such a membrane, the El value is only 11.4 mg / μC. In comparison, the El value of the usually 12.5 μm thick FEP films with a weight per unit area of 27 g / m 2 is 27.2 mg / μC, i.e. approximately 2.5 times the value.

Die jeweilige Membrandicke läßt sich am einfachsten aus dem Flächengewicht und der experimentell ermittelbaren Materialdichte bestimmen.The respective membrane thickness can be easiest from the basis weight and determine the experimentally determined material density.

Je geringer das Flächengewicht ist, desto besser ist der El-Wert. Allerdings sind dem Flächengewicht physikalische Grenzen gesetzt, da die Membran mit abnehmender Dicke auch an Festigkeit verliert, so dass ihre schwingungsübertragenen Eigenschaften ab einem gewissen Wert nicht mehr akzeptabel sind. ePTFE-Membranen mit einem Flächengewicht zwischen 5 g/m2 und 10 g/m2 sind heutzutage problemlos herstellbar und ihr Einsatz als akustische Membran durchaus realistisch. Die Dicke der Membran liegt dann zwischen etwa 9 μm und 19 μm. Es wird durchaus als realistisch angesehen, dass geeignete ePTFE-Membranen gegebenenfalls durch Hinzufügung etwaiger Additive zukünftig auch mit einem Flächengewicht von 2 g/m2 oder sogar 1 g/m2 realisierbar sind. Die Dicke der Membran liegt dann bei nur etwa 4 μm bzw. 2 μm.The lower the weight per unit area, the better the El value. However, there are physical limits to the basis weight, since the membrane also loses strength with decreasing thickness, so that its vibration-transmitted properties are no longer acceptable from a certain value. Nowadays, ePTFE membranes with a weight per unit area between 5 g / m 2 and 10 g / m 2 can be manufactured without any problems and their use as an acoustic membrane is quite realistic. The thickness of the membrane is then between approximately 9 μm and 19 μm. It is considered to be realistic that suitable ePTFE membranes can be realized with a basis weight of 2 g / m 2 or even 1 g / m 2 , if necessary by adding any additives. The thickness of the membrane is then only about 4 μm or 2 μm.

Aufgrund der hohen maximalen Flächenladungsdichte von HSF liegen die entsprechenden El-Werte von HSF-Membranen gegenüber den El-Werten herkömmlicher FEP-Membranen noch wesentlich günstiger als die El-Werte von ePTFE-Membranen. Ein El-Wert von etwa 22 mg/μC wird beispielsweise be reits mit eine HSF-Membran erzielt, die ein Flächengewicht von 45 g/m2 besitzt. Eine solche Membran hätte eine Dicke von etwa 21 μm. Die derzeit im Handel gängigen HSF-Membranen besitzen lediglich ein Flächengewicht von 28 g/m2, so dass der El-Wert bei lediglich 13,2 mg/μC liegt, also weniger als die Hälfte des El-Werts von herkömmlichen FEP-Membranen beträgt. HSF-Membranen mit einem Flächengewicht von zwischen 10 g/m2 und 30 g/m2 sind beim gegenwärtigen Stand der Technik problemlos herstellbar. Solche Membranen haben eine Dicke zwischen etwa 5 μm und 15 μm. Es wird aber durchaus als realistisch angesehen, mit der derzeit verfügbaren Technologie HSF-Membranen mit einer Dichte von lediglich 2,5 g/m2 herzustellen, die dann eine Dicke von etwa 1 μm besitzen.Due to the high maximum area charge density of HSF, the corresponding El values of HSF membranes are even more favorable than the El values of ePTFE membranes compared to the El values of conventional FEP membranes. An El value of approximately 22 mg / μC is already achieved, for example, with an HSF membrane that has a weight per unit area of 45 g / m 2 . Such a membrane would have a thickness of approximately 21 μm. The currently commercially available HSF membranes only have a basis weight of 28 g / m 2 , so that the El value is only 13.2 mg / μC, which is less than half the El value of conventional FEP membranes , HSF membranes with a weight per unit area of between 10 g / m 2 and 30 g / m 2 can be produced without problems in the current state of the art. Such membranes have a thickness between approximately 5 μm and 15 μm. However, it is considered realistic to use the currently available technology to produce HSF membranes with a density of only 2.5 g / m 2 , which then have a thickness of approximately 1 μm.

HSF-Membranen besitzen gegenüber ePTFE-Membranen den besonderen Vorteil, dass sie keine Poren und somit keine Luftpassagen aufweisen, so dass sie für akustische Wandler besser geeignet sind.HSF membranes have compared to ePTFE membranes the special advantage that they have no pores and therefore no air passages have so that they are for acoustic transducers are more suitable.

Die erfindungsgemäßen Membranen lassen sich in Leichtbauweise platzsparend auf einer Leiterplatte in einen akustischen Wandler integrieren. Sie eignen sich nicht nur für Mikrofone, sondern aufgrund ihres geringen Flächengewichts bei hoher Zugfestigkeit insbesondere auch für Lautsprecher, insbesondere auch für großflächige Lautsprecher, wie sie z. B. in Heimaudioanlagen zu finden sind. Sie sind auch besonders geeignet zur Verwendung als Ultraschallwandler oder für sonstige Drucksensor- und Klangübertragungsanwendungen.The membranes according to the invention can be space-saving on a printed circuit board integrate into an acoustic transducer. They are not only suitable for microphones, but due to their low basis weight and high tensile strength, they are also particularly suitable for loudspeakers, in particular also for large-area loudspeakers, such as those used for. B. can be found in home audio systems. They are also particularly suitable for use as an ultrasonic transducer or for other pressure sensor and sound transmission applications.

Nachfolgend werden experimentelle Versuche anhand der begleitenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:The following are experimental Experiments explained using the accompanying drawings. In it show:

1 den Vorgang des elektrostatischen Aufladens einer erfindungsgemäßen Membran und 1 the process of electrostatically charging a membrane according to the invention and

2 eine auf einer Leiterplatte applizierte Membran. 2 a membrane applied to a printed circuit board.

Es wurden praktische Versuche durchgeführt mit den drei folgenden Materialien:

  • – ePTFE-Membran mit einem Flächengewicht M = 8 g/m2 bei einer Dicke von 15 μm,
  • – HSF-Membran mit einer Flächendichte von 28 g/m2 bei einer Dicke von 13 μm, und
  • – herkömmliche FEP-Membran von DuPont mit einem Flächengewicht von 27 g/m2 bei einer Dicke von 12,5 μm.
Practical tests were carried out with the following three materials:
  • EPTFE membrane with a basis weight M = 8 g / m 2 and a thickness of 15 μm,
  • - HSF membrane with a surface density of 28 g / m 2 at a thickness of 13 microns, and
  • - conventional DuPont FEP membrane with a basis weight of 27 g / m 2 and a thickness of 12.5 μm.

Die vorgenannten Membranen wurden zunächst mit einer 20 nm dicken Goldschicht bedampft und anschließend in einem Corona-Discharge-Verfahren mittels einer Corona-Triode elektrostatisch aufgeladen, wie in 1 dargestellt. Die Dicke der Metallbeschichtung ist unkritisch, da die Metallbeschichtung lediglich als Referenzelektrode dient. Von der Corona-Elektrode 1 wurden Elektronen durch eine Gitter-Elektrode 2 auf die Metallbeschichtung des Membransubstrats 3 transmittiert. Bei dem Versuchsaufbau lag der Abstand zwischen Corona-Elektrode 1 und Gitter-Elektrode 2 bei 40 mm und der Abstand zwischen der Gitter-Elektrode 2 und dem Substrat 4 bei 7 mm. Die Goldbeschichtung 4 hatte einen kreisförmigen Durchmesser von etwa 50 mm. Die an die Corona-Elektrode 1 angelegte Spannung betrug – 11 kV und die an die Gitter-Elektrode angelegte Spannung betrug – 1,5 kV. Die Spannung wurde über 60 s aufrechterhalten.The aforementioned membranes were first vapor-deposited with a 20 nm thick gold layer and then electrostatically charged in a corona discharge process using a corona triode, as in 1 shown. The thickness of the metal coating is not critical since the metal coating only serves as a reference electrode. From the corona electrode 1 were electrons through a grid electrode 2 on the metal coating of the membrane substrate 3 transmitted. In the experimental setup, the distance between the corona electrode was 1 and grid electrode 2 at 40 mm and the distance between the grid electrode 2 and the substrate 4 at 7 mm. The gold plating 4 had a circular diameter of about 50 mm. The to the corona electrode 1 applied voltage was - 11 kV and the voltage applied to the grid electrode was - 1.5 kV. The voltage was maintained for 60 s.

Die Oberflächenspannung der so aufgeladenen Proben wurde anschließend mittels einer Kelvinsonde gemessen. Daraus läßt sich die Flächenladungsdichte σ mittels der folgenden Gleichung bestimmen: σ = Vkε0/twobei σ die Flächenladungsdichte, V die Oberflächenspannung, k die Elektrizitätkonstante des Substrats, ε0 die Dielektrizitätskonstante des Vakuums und t die Substratdicke darstellen.The surface tension of the samples charged in this way was then measured using a Kelvin probe. The area charge density σ can be determined from this using the following equation: σ = Vkε 0 / t where σ represents the surface charge density, V the surface tension, k the electricity constant of the substrate, ε 0 the dielectric constant of the vacuum and t the substrate thickness.

Das Ergebnis ist in der nachfolgenden Tabelle wiedergegeben: The result is in the following Reproduced table:

Das Ergebnis ist in der nachfolgenden Tabelle wiedergegeben:

Figure 00080001
Theoretische Werte
Figure 00080002
The result is shown in the table below:
Figure 00080001
Theoretical values
Figure 00080002

In der vorstehenden Tabelle sind auch theoretische Werte angegeben, die für ePTFE mit einem Flächengewicht von 2 g/m2 und HSF mit einem Flächengewicht von 5 g/m2 erreichbar sind. Außerdem sind Vergleichswerte für Membrane der Firma Dupont angegeben, die eine Dicke von 23 μm (Tefzel T2) und 20 μm (PFA T2) besitzen. Dabei handelt es sich einerseits um eine Ethylen/Tetrafluorethylen Copolymer-Membran einerseits und eine Perfluoralkoxy-Membran andererseits.The table above also gives theoretical values that can be achieved for ePTFE with a basis weight of 2 g / m 2 and HSF with a basis weight of 5 g / m 2 . Comparative values are also given for Dupont membranes that have a thickness of 23 μm (Tefzel T2) and 20 μm (PFA T2). On the one hand, this is an ethylene / tetrafluoroethylene copolymer membrane on the one hand and a perfluoroalkoxy membrane on the other hand.

Der Aufbau eines akustischen Wandlers ist nachfolgend beispielhaft in 2 schematisch wiedergegeben. 2 zeigt einen Querschnitt durch den akustischen Wandler umfassend die Membran 3 mit einer außenliegenden metallischen Beschichtung 4. Die Membran 3 ist elektrostatisch aufgeladen und mittels isolierenden Abstandshaltern 5 in einem zu einer Elektrode 6 angeordnet. Die Elektrode 6 und die Metallbeschichtung 4 der Membran 3 sind an einen elektrischen Schaltkreis 7 angeschlossen, der so aufgebaut ist, dass der akustische Wandler entsprechend seiner gewünschten Funktion als Mikrofon, Lautsprecher, Ultraschallwandler oder andere Drucksensor- oder Klangübertragungseinrichtung einsetzbar ist. Entweder wird die Membran 3 in Schwingung ver setzt, indem zwischen der metallischen Beschichtung 4 und der Elektrode 6 eine Wechselspannung angelegt wird (Lautsprecherfunktion). Oder eine schalldruckbedingte Schwingung der Membran 3 wird in umgekehrter Weise in eine Wechselspannung gewandelt (Mikrophonfunktion). Die Elektrode 6 kann Bestandteil einer hier nicht dargestellten gedruckten Leiterplatte sein. Sie besitzt akustische Durchlassöffnungen 8.The structure of an acoustic transducer is shown below in an example in 2 represented schematically. 2 shows a cross section through the acoustic transducer comprising the membrane 3 with an au external metallic coating 4 , The membrane 3 is electrostatically charged and by means of insulating spacers 5 in one to an electrode 6 arranged. The electrode 6 and the metal coating 4 the membrane 3 are on an electrical circuit 7 connected, which is constructed in such a way that the acoustic transducer can be used in accordance with its desired function as a microphone, loudspeaker, ultrasonic transducer or other pressure sensor or sound transmission device. Either the membrane 3 sets in vibration by between the metallic coating 4 and the electrode 6 an AC voltage is applied (speaker function). Or a vibration of the membrane caused by sound pressure 3 is converted in the opposite way into an alternating voltage (microphone function). The electrode 6 can be part of a printed circuit board, not shown here. It has acoustic openings 8th ,

Die als Elektrode wirkende Metallbeschichtung 4 muß aber nicht notwendigerweise Bestandteil der Membran 3 sein. Sie kann von der Membran 3 auch beabstandet sein. In diesem Fall ist die Membran 3 somit unbeschichtet. Ein solches Ausführungsbeispiel ist in 3 dargestellt. Dort befindet sich eine unbeschichtete Membran 3 zwischen zwei Elektroden 6, die jeweils mit akustischen Durchlässen 8 ausgestattet sind. Die Elektroden 6 werden von der Membran 3 mittels isolierenden Abstandshaltern 5 auf einem Abstand gehalten.The metal coating that acts as an electrode 4 but does not necessarily have to be part of the membrane 3 his. It can come from the membrane 3 also be spaced. In this case, the membrane 3 therefore uncoated. Such an embodiment is in 3 shown. There is an uncoated membrane there 3 between two electrodes 6 , each with acoustic passages 8th are equipped. The electrodes 6 are from the membrane 3 using insulating spacers 5 kept at a distance.

Die elektrostatische Vorspannung der Membran 3 kann bei diesem Ausführungsbeispiel in einem Corona-Discharge-Verfahren mittels einer Corona-Triode erfolgen, nachdem die Membran 3 bereits in einen akustischen Wandler, wie er in 3 schematisch im Querschnitt dargestellt ist, integriert worden ist. Dabei dient eine der beiden Elektroden 6 als Gitter-Elektrode und die andere als Referenzelektrode der Corona-Triode. Die Corona-Elektrode (Entladungselektrode) selbst ist in 3 nicht dargestellt.The electrostatic bias of the membrane 3 can be done in this embodiment in a corona discharge process using a corona triode after the membrane 3 already in an acoustic transducer like the one in 3 is shown schematically in cross section, has been integrated. One of the two electrodes is used 6 as the grid electrode and the other as the reference electrode of the corona triode. The corona electrode (discharge electrode) itself is in 3 not shown.

Beim Einsatz des in 3 schematisch dargestellten akustischen Wandlers werden die beiden Elektroden 6 bezüglich der elektrostatisch aufgeladenen Membran 3 gegenphasig einer Wechselspannung ausgesetzt ("push-pull-Konfiguration"), um die Membran 3 entsprechend dem zu erzeugenden akustischen Signal in Schwingung zu versetzen.When using the in 3 The two electrodes are the schematically illustrated acoustic transducer 6 regarding the electrostatically charged membrane 3 exposed in phase to an alternating voltage ("push-pull configuration") to the membrane 3 to vibrate according to the acoustic signal to be generated.

Claims (18)

Membran für akustische Wandler umfassend eine Polymerschicht (3) mit einem vorgegebenen Flächengewicht (M), wobei die Polymerschicht mit einem Metall (5) beschichtet ist, so dass die Membran mit einer gewünschten Flächenladungsdichte (σ) elektrostatisch aufladbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran auf einen El-Wert kleiner als etwa 22 mg/μC elektrostatisch aufladbar ist, insbesondere kleiner als etwa 20 mg/μC, wobei der El-Wert definiert ist als Quotient von Flächengewicht (M) der Polymerschicht zu Flächenladungsdichte (σ).Membrane for acoustic transducers comprising a polymer layer ( 3 ) with a predetermined basis weight (M), the polymer layer being coated with a metal ( 5 ) is coated so that the membrane can be electrostatically charged with a desired surface charge density (σ), characterized in that the membrane can be electrostatically charged to an El value less than about 22 mg / μC, in particular less than about 20 mg / μC, where the El value is defined as the quotient of the basis weight (M) of the polymer layer and the surface charge density (σ). Membran für akustische Wandler, insbesondere nach Anspruch 1, umfassend eine Polymerschicht (3) mit einem vorgegebenen Flächengewicht (M), dadurch gekennzeichnet, dass die Membran auf einen El-Wert kleiner als etwa 22 mg/μC, insbesondere El < 20 mg/μC, aufgeladen ist, wobei der El-Wert definiert ist als Quotient von Flächengewicht (M) oder Polymerschicht zu Flächenladungsdicke (σ).Membrane for acoustic transducers, in particular according to claim 1, comprising a polymer layer ( 3 ) with a predetermined basis weight (M), characterized in that the membrane is charged to an El value less than about 22 mg / μC, in particular El <20 mg / μC, the El value being defined as the quotient of the basis weight (M) or polymer layer to surface charge thickness (σ). Membran nach Anspruch 1 oder 2, wobei das polymere Material ein Fluorpolymer ist.The membrane of claim 1 or 2, wherein the polymer Material is a fluoropolymer. Membran nach Anspruch 3, wobei das Fluorpolymer verstrecktes Polytetrafluorethylen (ePTFE) ist.The membrane of claim 3, wherein the fluoropolymer is stretched Is polytetrafluoroethylene (ePTFE). Membran nach Anspruch 4, wobei das ePTFE ein Flächengewicht unter 15 g/m2 besitzt.The membrane of claim 4, wherein the ePTFE has a basis weight below 15 g / m 2 . Membran nach Anspruch 5, wobei des ePTFE ein Flächengewicht zwischen 1 g/m2, insbesondere 5 g/m2, und 10 g/m2 besitzt.Membrane according to claim 5, wherein the ePTFE has a basis weight between 1 g / m 2 , in particular 5 g / m 2 , and 10 g / m 2 . Membran nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das ePTFE eine Dicke von weniger als als 30 μm besitzt.Membrane according to one of claims 4 to 6, wherein the ePTFE has a thickness of less than 30 μm. Membran nach Anspruch 7, wobei das ePTFE eine Dicke zwischen etwa 2 μm, insbesondere 9 μm, und 19 μm besitzt.The membrane of claim 7, wherein the ePTFE is a thickness between about 2 μm, in particular 9 μm, and 19 µm has. Membran nach Anspruch 3, wobei das Fluorpolymer verdichtetes verstrecktes Polytetrafluorethylen (HSF) ist.The membrane of claim 3, wherein the fluoropolymer is compressed stretched polytetrafluoroethylene (HSF). Membran nach Anspruch 9, wobei das Fluorpolymer ein Flächengewicht unter 45 g/m2 besitzt.The membrane of claim 9, wherein the fluoropolymer has a basis weight below 45 g / m 2 . Membran nach Anspruch 10, wobei das Flächengewicht zwischen 2,5 g/m2 , insbesondere 10 g/m2, und 30 g/m2 beträgt.Membrane according to claim 10, wherein the weight per unit area is between 2.5 g / m 2 , in particular 10 g / m 2 , and is 30 g / m 2 . Membran nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Fluorpolymer eine Dicke von weniger als 21 μm besitzt.The membrane of any one of claims 9 to 11, wherein the fluoropolymer a thickness of less than 21 μm has. Membran nach Anspruch 12, wobei die Dicke zwischen 1 μm, insbesondere 5 μm, und 15 μm beträgt.The membrane of claim 12, wherein the thickness is between 1 μm, in particular 5 μm, and Is 15 μm. Leiterplatte mit einer akustisch wandelnden Membran nach einem der Ansprüche 1 bis 13.Printed circuit board with an acoustically changing membrane according to one of the claims 1 to 13. Lautsprecher umfassend eine akustisch wandelnde Membran nach einem der Ansprüche 1 bis 13, insbesondere umfassend eine Leiterplatte nach Anspruch 14.Speakers comprising an acoustically changing Membrane according to one of the claims 1 to 13, in particular comprising a circuit board according to claim 14th Mikrofon umfassend eine akustisch wandelnde Membran nach einem der Ansprüche 1 bis 13, insbesondere umfassend eine Leiterplatte nach Anspruch 14.Microphone comprising an acoustically changing membrane according to one of the claims 1 to 13, in particular comprising a circuit board according to claim 14th Ultraschallwandler umfassend eine akustisch wandelnde Membran nach einem der Ansprüche 1 bis 13, insbesondere umfassend eine Leiterplatte nach Anspruch 14.Ultrasonic transducer comprising an acoustically changing Membrane according to one of the claims 1 to 13, in particular comprising a circuit board according to claim 14th Telekommunikationsendgerätumfassend einen Lautsprecher nach Anspruch 15 und/oder ein Mikrofon nach Anspruch 16.Telecommunication terminal comprising a loudspeaker according to claim 15 and / or a microphone according to claim 16.
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