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Aus Metall bestehende Membran für Elongationsempfänger, insbesondere Kondensatormikrophone
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worin mit S die mechanische Spannung, mit Wo die Eigenresonanz, mit ml eine Materialkon- stante und mit a der Radius der Membran bezeichnet ist, p für die Dichte der Luft steht und eine Schwingungskonstante darstellt.
Aus obiger Formel ist die Abhängigkeit der Eigenresonanz der Membran von ihrem Durchmesser in der Weise zu erkennen, dass bei gleichbleibender Spannung, aber kleiner werdendem Durchmesser die Eigenresonanz höher wird. Umgekehrt macht aber die Durchmesserdehnung beispielsweise für ein System mit einem Durchmesser von 15 mm und einer Eigenresonanz von 1500 Hz bei Verwendung einer Nickelfolie nur einige Mikron aus. Daraus erklären sich die grossen technologischen Schwierigkeiten bei der Fertigung, sowie die thermischen und mechanischen Stabilitätsprobleme an der fertigen Kapsel. Einen Ausweg bot bis jetzt nur die Verwendung von relativ weichem Kunststoff für die Membran, wobei man aber grosse Nachteile in bezug auf Stabilität und Hygroskopie in Kauf nehmen musste.
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Die Erfindung zeigt nun einen Weg, Membranen aus hochelastischem Material, insbesondere aus Metall, für Schallwandler, insbesondere für Elongationsempfänger nach dem elektrostatischen Prinzip verwenden zu können, wobei alle vorstehend beschriebenen Nachteile und Schwierigkeiten vermieden werden.
Um das Wesen der Erfindung besser erläutern zu können, sei auf die Figuren der Zeichnungen hin- gewiesen, indenenFig. 1a ein glattes, streifenförmiges Membranelement zeigt, das in seiner Längsrich - tung gespannt wird, wobei Fig. lb das zugehörige Spannungsdiagramm darstellt, Fig. 2a, 2c und 2d im Grund- und Aufriss ein gewelltes, streifenförmiges Membranelement zeigt und Fig. 2b das zugehörige Spannungsdiagramm sein soll, wogegen die Fig. 3 und 4 erfindungsgemässe Ausführungsbeispiele von Membranmustern darstellen.
Wie vorstehend erwähnt wurde, dienen die Fig. 1 und 2 dazu, das der Erfindung zugrunde gelegte Prinzip an Hand eines einfachen Beispieles darzulegen. In Fig. la ist ein an einer Seite fest eingespannter, glatter Metallstreifen dargestellt, an dessen freiem Ende eine Kraft P in der x-Richtung angreift. Infolgedessen herrscht eine Spannung im Streifen, die eine Längenänderung AI zur Folge hat.
Aus dem in Fig. 1b dargestellten Spannungsdiagramm ist zu erkennen, dass die Spannung schon bei geringen Längenänderungen sehr rasch ansteigt und bald hohe Werte erreicht. Nimmt man jedoch an Stelle des glatten Streifens einen solchen, der gemäss der Darstellung nach Fig. 2c oder Fig. 2d gewellt ist, und lässt dieselbe Kraft auf ihn einwirken, dann ergibt sich eine merklich grössere Längenänderung, wobei jedoch die Spannung im Streifen wesentlich unter jener bleibt, wie sie beim glatten Streifen auftritt.
Fig. 2b lässt dies klar erkennen.
Die Erfindung besteht nun darin, dass unter Ausnutzung der vorstehenden Erkenntnis Mittel und Wege gefunden wurden, die es ermöglichen, in einer gespannten Membran in beliebigen aufeinander senkrecht stehenden Richtungen die für eine gegebene Dehnung erforderliche Spannung wesentlich herabzusetzen. Die Erfindung betrifft eine aus Metall bestehende Membran für Elongationsempfänger, insbesondere für Kondensatormikrophone, welche Membran dadurch gekennzeichnet ist, dass über ihre ganze Fläche in Form eines regelmässigen geometrischen Musters die für eine bestimmte Dehnung je Längeneinheit erforderliche Spannung in beliebig aufeinander senkrecht oder annähernd senkrecht stehenden Richtungen herabsetzende, eingeprägte oder sonstwie erzeugte Vertiefungen aufweist, die in ihren Ausmassen wesentlich grösser als die Membrandicke sind.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung kann es sich bei den Vertiefungen um Elemente eines aus Zeilen und Spalten zusammengesetzten Musters handeln, wobei zwischen zwei Musterelementen einer Zeile oder einer Spalte ein Musterelement der folgenden Zeile oder Spalte angeordnet ist und sich die Musterelemente in aufeinanderfolgenden Zeilen oder Spalten wenigstens teilweise überlappen.
Die Musterelemente können auch trogförmige Vertiefungen sein.
Ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Membran ist in Fig. 3 dargestellt. Wie Fig. 3 erkennen lässt, handelt es sich um eine Art Strichmuster, das aus länglichen, trogartigen Vertiefungen, die in regelmässiger Folge angeordnet sind, besteht. Die in den geradzahligen Zeilen liegenden Vertiefungen einer Richtung sind gegenüber jenen in den ungeradzahligen Zeilen versetzt, so dass sie sich an ihren Enden etwas überlappen. Zwischen den Zeilen der einen Richtung sind, um 900 verdreht, die Vertiefungen der andern Richtung in analoger Weise angeordnet. Die Überlappung der in den Zeilen übereinander, jedoch versetzt angeordneten Vertiefungen hat den Zweck, die Steifigkeit bzw. Dehnbarkeit zu vergleichmässigen, denn es ist die Nachgiebigkeit an den Enden der Vertiefungen geringer als in der Mitte derselben.
Durch die Überlappung der Enden der Vertiefungen wird die Ungleichmässigkeit senkrecht zur Längsrichtung kompensiert. In Fig. 3 sind beispielsweise zwei Spannungslinien 1-2 und 3-4 eingezeichnet. Es ist ersichtlich, dass an jenen Stellen, wo sich die trogartigen Vertiefungen nur wenig dehnen können, also an ihren Enden, durch die Überlappung die gewünschte konstante Gesamtdehnung pro Längeneinheit erhalten bleibt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel kann der Fig. 4 entnommen werden, bei dem an Stelle der trogartigen Vertiefungen solche vorgesehen sind, die wenigstens angenähert die Form einer Kugelkalotte aufweisen. Bei einer genügend grossen Anzahl solcher Vertiefungen und einer geeigneten Verteilung der- selben kann man ebenfalls zu einer richtungsunabhängigen Herabsetzung der Steifigkei t gelangen. Zweckmässigerweise wird man die Vertiefungen in gleicher Weise versetzt anordnen, wie dies mit den trogartigen Vertiefungen bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 geschehen ist.
Die praktische Herstellung einer erfindungsgemässen Membran kann nur durch einen Prägevorgang erfolgen, wobei eine das Membranmuster tragende Matrize zu verwenden ist. Das Membranmuster kann auf die Matrize geätzt werden oder es ergibt sich, da das Muster wegen der geringen Dicke der Membran
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sehr fein sein muss, die Möglichkeit der Sandstrahlung der Matrize, wobei sich eine statistische Verteilung von kleinsten Kugelkalotten oder wenigstens Kugelkalotten ähnlichen Vertiefungen ergibt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Aus Metall bestehende Membran für Elongationsempfänger, insbesondere für Kondensatormi-
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regelmässigen geometrischen Musters, die für eine bestimmte Dehnung je Längeneinheit erforderliche Spannung in beliebig aufeinander senkrecht oder angenähert senkrecht stehenden Richtungen herabsetzende, eingeprägte oder sonstwie erzeugte Vertiefungen aufweist, die in ihren Ausmassen wesentlich grösser als die Membrandicke sind.