CH643697A5 - Kapazitiver elektroakustischer wandler mit einer randgefassten, im wesentlichen unelastischen zweischichtigen membran und verfahren zur herstellung desselben. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen kapazitiven elektroakustischen Wandler mit einer von einer Randeinfassung in einem Gehäuse gehaltenen, im wesentlichen unelastischen zweischichtigen Membran, die eine elektrisch leitende und eine nichtleitende Schicht aufweist und von einer an der nichtleitenden Schicht anliegenden starren Elektrodenplatte mechanisch gespannt wird, und ein Verfahren zur Herstellung desselben.

Elektroakustische Wandler der kapazitiven Bauart sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Bei derartigen Wandlern ist eine Membran vorgesehen, die eine Isolierschicht und eine elektrisch leitfähige Oberfläche aufweist, und mit der Isolierschicht in Berührung mit einer genuteten unregelmässigen elektrisch leitfähigen Oberfläche einer im wesentlichen nicht flexiblen das Widerlager bildenden Scheibe steht. Der Umfang der Membran wird gegenüber dem Wandlergehäuse festgehalten und eine Federkraft drückt diese Widerlagerscheibe in Spannungseingriff mit der Membran. Die Isolierschicht, die elektrisch leitfähige Oberfläche der Membran, die eine erste Elektrode bildet und die elektrisch leitfähige Oberfläche der Widerlagerscheibe, die eine zweite Elektrode darstellt, bilden einen Kondensator, so dass bei Anlegen einer Gleichstromvorspannung über den Elektroden die Unregelmässigkeiten in der Widerlageroberfläche konzentrierte, lokalisierte elektrische Felder in der Isolierschicht aufbauen. Wenn der Gleichstromvorspannung ein Wechselspannungssignal überlagert wird, dann wird die Isolierschicht derart beansprucht, dass sich eine Schwingung aufbaut, die eine akustische Wellenfront zur Folge hat, die von der Membran abgestrahlt wird. Eine empfangene akustische Wellenfront, die auf die Isolierschicht auftrifft, erzeugt eine veränderbare Spannung über den Kondensatorelektroden.

Eine extrem wichtige Konstruktionsüberlegung für einen solchen Wandler stellt das Ausmass der Spannung in der Wandlermembran dar. Abgesehen von Faktoren wie Resonanzfrequenz und Ausgangsgrösse beeinflusst auch die Membranspannung die Wandlerempfindlichkeit in wenigstens zweifacher Hinsicht. Innerhalb von Grenzen liefert eine geringere Membranspannung eine grössere Empfangsempfindlichkeit. Ausserdem kann eine unzweckmässige Membranspannung ein Beanspruchungsmuster in die Membran einleiten, das eine Runzelbildung der Membran zur Folge hat, wodurch die Möglichkeit der Membran beeinträchtigt wird, gleichmässig die Oberfläche der Widerlagerseheibe zu berühren. Eine solche ungleichförmige Membranberührung beeinträchtigt unmittelbar den Wirkungsgrad des Wandlers und dadurch indirekt die Wandlerempfindlichkeit. Da eine runzlige Membran die Widerlageroberfläche ungleichförmig berührt, erzeugen jene Bereiche der runzligen Membran, die in einem beträchtlichen Abstand von der Oberfläche entfernt liegen, eine geringere Kapazitätsänderung pro Einheit der Membranbewegung infolge einer empfangenen akustischen Wellenfront, oder als Sender liefern sie eine Wellenfront geringerer Grösse im Vergleich mit jenen Membranbereichen, die nicht so weit von der Widerlageroberfläche entfernt liegen. Dies ist noch schwerwiegender beim Empfang eines akustischen Signals wenn der Signalpegel niedrig ist als bei der Aussendung eines Signals, wo die Signalpegel relativ hoch sind. Ausserdem tritt dies noch schwerwiegender bei einem kleinen elektroakustischen Wandler in Erscheinung, bei denen die Empfindlichkeit notwendigerweise niedrig ist, weil sie kleinere Abmessungen besitzen, während grössere elektroakustische Wandler mit grösseren Wandlerbauteilen eine höhere Empfindlichkeit aufweisen.

Bei den bekannten elektroakustischen Wandlern ist der Umfang der Membran festgeklemmt und die Spannung der Membran beträgt entweder Null oder sie weist eine vorbestimmte Grösse auf, bevor sie mit der Widerlagerplatte in Eingriff kommen. Bei solchen Wandlern wird die Membranspannung durch richtige Anpassung der Widerlagerplatte an die Membran entweder eingeführt oder vergrössert. Diese Art der Membranspannung erzeugt aber notwendigerweise wenigstens einige die Empfindlichkeit vermindernde Fält-chen, insbesondere wenn die Widerlagerscheibe einen erhöhten Mittelabschnitt hat, der gelegentlich als «Krone» bezeichnet wird. Wenn derartige Membranfältchen oder Runzeln vermindert oder gänzlich vermieden werden können, die zwischen der Membran und der elektrisch leitfähigen Oberfläche der Widerlagerplatte auftreten, dann führt dies zu einem verbesserten Wirkungsgrad des Wandlers und dadurch erhöht sich seine Empfindlichkeit.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen elektroakustischen Wandler der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Bauart mit verbessertem Wirkungsgrad und verbesserter Empfindlichkeit zu schaffen und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben.

Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil der

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Patentansprüche 1 und 7 angegebene Erfindung gelöst.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. In der Zeichnung zeigen :

Fig. 1A eine auseinandergezogene Ansicht eines elektroakustischen Wandlers, der den Stand der Technik repräsentiert:

Fig. 1B einen Axialschnitt des Wandlers gemäss Fig. 1 im zusammengebauten Zustand;

Fig. IC eine Draufsicht auf die Wandlermembran gemäss Fig. 1B, wobei das Beanspruchungsmuster in der Membran gekennzeichnet ist;

Fig. 2A eine Ansicht eines erfindungsgemäss ausgebildeten elektroakustischen Wandlers, teilweise zusammengebaut und teilweise auseinandergezogen dargestellt;

Fig. 2B einen Axialschnitt des in Fig. 2A dargestellten Wandlers im komplett zusammengebauten Zustand;

Fig. 2C eine Draufsicht auf die Wandlermembran des Wandlers gemäss Fig. 2B, wobei das Beanspruchungsmuster der Membran gekennzeichnet ist;

Fig. 3A einen Axialschnitt von Wandlergehäuse, Membran und Zusammenbauwerkzeug in einer Stellung während des Zusammenbaus des Gehäuses;

Fig. 3B einen Axialschnitt von Wandlergehäuse, Membran und Zusammenbauwerkzeug gemäss Fig. 3A, wobei die Membran in versetzter Stellung am Gehäuse festgelegt dargestellt ist;

Fig. 4A einen Schnitt eines den Stand der Technik bildenden Wandlers mit einer flachen Membran, die mit einer flachen Widerlagerplatte in Berührung steht;

Fig. 4B eine Draufsicht auf die Membran des Wandlers gemäss Fig. 4A, wobei das Beanspruchungsmuster in dieser Membran dargestellt ist;

Fig. 5A eine Schnittansicht eines Teils eines den Gegenstand der Erfindung bildenden elektroakustischen Wandlers mit versetzter Membran, die in Berührung mit einer flachen Widerlagerplatte steht;

Fig. 5B eine Draufsicht auf die Membran des Wandlers gemäss Fig. 5A, wobei das Beanspruchungsmuster in der Membran dargestellt ist;

Fig. 6A einen Schnitt eines bekannten elektroakustischen Wandlers mit relativ grossem Querschnitt;

Fig. 6B eine Ansicht eines Teils eines elektroakustischen Wandlers mit versetzter Membran, was zu einem Wandler mit gegenüber dem Wandler nach Fig. 6A verminderten Querschnitt führt.

Zunächst wird auf Fig. 1A Bezug genommen, die einen elektroakustischen Wandler 10 bekannter Bauart zeigt. Der Wandler 10 weist ein zylindrisches Gehäuse 12 auf, das ein offenes Ende 14 und ein teilweise geschlossenes perforiertes Ende 16 besitzt. Das Gehäuse 12 besitzt ausserdem einen Flansch 18 nahe am offenen Ende 14 des Gehäuses 12. Über die Öffnung 14 erstreckt sich eine flache schwingungsfähige Membran 20, die zwischen dem Membranträgerring 22 und dem Gehäuse 12 zu liegen kommt. Der Membranträgerring 22 hat kreisförmige Gestalt und besitzt eine Mittelöffnung 23 und ein Flanschende, welches mit dem Flansch 18 des Gehäuses zusammenwirkt. Die Widerlagerscheibe 24 kreisförmiger Gestalt weist eine ausgewölbte elektrisch leitfähige Oberfläche auf, die mit der Membran 20 in Berührung gelangt. Eine Blattfeder 26 liefert jene Kraft, die die Widerlagerscheibe 24 an die Membran 20 angedrückt hält. Nach dem Zusammenbau befinden sich die Wandlerbauteile gemäss Fig. 1A in der Stellung wie sie aus Fig. 1B ersichtlich ist.

Fig. 1B stellt einen Axialschnitt der Wandlerbauteile gemäss Fig. 1 im zusammengebauten Zustand dar. Der Wandler gemäss Fig. 1B wird dadurch zusammengebaut, dass eine gleichförmige Radialkraft auf die Membran 20 ausgeübt wird, um die Membran in einer relativ flachen Ebene zu halten und dann wird die Membran 20 über die Öffnung 14 (Fig. 1) des Gehäuses 12 gefügt: Während die Membran 20 in dieser ebenen Orientierung gehalten wird, wird der Umfang der Membran 20 zwischen dem Flanschende des Rings 22 und dem Flansch 18 des Gehäuses I2-eingespannt, und dann wird1 das offene Ende des Gehäuses 12 auf den Ring 22 aufgebördelt, der den Umfang der Membran 20 gegenüber dem Gehäuse 12 festlegt. Dann wird die gewölbte Widerlagerscheibe in die Öffnung 23 des Spannringes 22 derart eingefügt, dass die ausgewölbte Oberfläche der Widerlagerscheibe 24 die Membran 20 berührt, so dass die Membran 20 etwa die gleiche Form erhält wie die ausgewölbte Oberfläche der Widerlagerscheibe 24. Wenn die Widerlagerscheibe 24 auf diese Weise eingefügt ist, wird die Blattfeder 26 durch Öffnungen 28 im Spannring 22 derart eingeführt, dass der Mittelabschnitt der Blattfeder 26 gegen die Widerlagerplatte 24 drückt und die Enden der Blattfeder 26 gegen die Ränder der Öffnungen 28 des Spannrings 22 abgestützt sind. Wenn die Blattfeder 26 auf diese Weise festgelegt ist, dann behält die Membran die allgemeine Form der ausgewölbten Oberfläche der Widerlagerscheibe 24 bei. Wenn der Wandler 10 auf diese Weise zusammengebaut wird, dann ergeben sich Fältchen 30 an dem nicht eingespannten Umfang der Membran 20 infolge einer ungleichförmigen Spannungsverteilung, die in die Membran 20 eingeführt wird, wenn die Widerlagerscheibe 24 in der beschriebenen Weise die Membran 20 vollständig berührt. Die Fältchen 30, die am Umfang des nicht eingespannten Abschnitts der Membran 30 auftreten, sind in Fig. 1B zur Veranschaulichung übertrieben dargestellt und aus Fig. IC sind diese Fältchen deutlicher erkennbar.

Fig. IC zeigt in einer Draufsicht auf die Wandlermembran 20 gemäss Fig. 1B die durch die ungleichmässige Spannungsverteilung in der Membran 20 erzeugte Fältchenbildung in weiteren Einzelheiten. Das Bezugszeichen 32 gibt die äussere Begrenzung der Berührungsfläche zwischen Widerlagerscheibe 24 (Fig. 1B) und Membran 20 an, und das Bezugszeichen 34 bezeichnet die innere Begrenzung der Berührungsfläche zwischen Spannring 22 (Fig. 1B) und Membran 20. Wie aus Fig. IC ersichtlich, erstrecken sich die Fältchen 30 bis in die Berührungsfläche zwischen Membran 20 und Widerlagerplatte 24. Die Wirkung dieser Fältchen bzw. Runzeln besteht darin, dass die Berührungsfläche zwischen den Bestandteilen vermindert wird, und dies führt wiederum zu einem Verlust an Wandlerwirkungsgrad und zu einer verminderten Empfindlichkeit.

Nunmehr wird auf Fig. 2A der Zeichnung Bezug genommen. Diese zeigt einen elektroakustischen Wandler 36 gemäss der Erfindung im teilweise zusammengebauten und teilweise auseinandergezogenen Zustand. Der Wandler 36 besitzt ein zylindrisches Gehäuse 38 mit einem offenen Ende 40 und einem teilweise geschlossenen Ende 42. Das zylindrische Gehäuse 38 besitzt ebenfalls einen Flansch 44 in der Nähe des offenen Endes 40. Eine kreisrunde schwingungsfähige Membran 46 weist einen am Umfang befestigten Versteifungsring 48 auf, durch den eine geringe gleichförmige radial nach aussen gerichtete Kraft auf die Membran 46 ausgeübt wird. Diese Membran 46 ist in die Öffnung 40 des Gehäuses 38 eingesetzt und ruht auf dem Flansch 44 des Gehäuses 38. Ein Membranträgerring 50 kreisförmigen Querschnitts mit einer Mittelöffnung 51 besitzt ein Flanschende, das an dem Versteifungsring 48 angreift und dieser Ring 50 wird am Umfang der Membran 46 festgelegt. Ein dem Zusammenbau dienendes Werkzeug (Fig. 3A) hat die Membran 46 auf die Gestalt der Oberfläche 52 der Widerlagerplatte 54 vorgeformt, und während die Membran 46 in diesem vorgeformten Zustand befindlich war, wurde das offene Ende 40 des Gehäuses 38 auf das Flanschende des Trägerrings 50 umgebördelt. Der Trägerring 50 hält den Umfang der Membran 46

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in einer festen Lage gegenüber dem Gehäuse 38 fest und dies führt dazu, dass der innere Bereich der Membran 46 von einer Ebene versetzt liegt, die durch den eingespannten Umfang der Membran 46 definiert ist. Eine kreisrunde Widerlagerscheibe 54 weist eine aufgewölbte elektrisch leitfähige Oberfläche 52 auf, die mit der Membran 46 in Berührung steht. Eine Blattfeder 56 liefert die Kraft, die die Widerlagerscheibe 54 in Eingriff mit der Membran 46 hält. Im fertig zusammengebauten Zustand befinden sich die Wandlerbestandteile der Fig. 2A in der in Fig. 2B dargestellten Stellung.

Fig. 2B stellt einen Axialschnitt der in Fig. 2A ersichtlichen Wandlerelemente fertig zusammengebaut dar. Die aufgewölbte Widerlagerscheibe 54 liegt in der Öffnung 51 des Trägerrings 50 derart, dass die ausgewölbte Oberfläche 52 der Widerlagerplatte 54 die Membran 46 berührt. Wenn die Widerlagerplatte 54 auf diese Weise angeordnet ist, dann wird die Blattfeder 56 durch Öffnungen 58 des Trägerrings 50 derart hindurchgeführt, dass der Mittel abschnitt der Blattfeder 56 gegen die Widerlagerplatte 54 drückt und die Enden der Blattfeder 56 sich gegen die Begrenzungen der Öffnungen 58 des Trägerrings 50 abstützen. Wenn der Wandler 36 auf diese Weise zusammengebaut ist, dann sind alle Fältchen, die sonst in der Berührungsfläche zwischen Membran 46 und Widerlagerscheibe 54 auftreten, aus der Berührungsfläche heraus und in den Umfang der Membran 46 hineinverlegt. Die Lage dieser Fältchen in bezug auf die Berührungsfläche zwischen Membran 46 und Widerlagerplatte 54 ist deutlicher aus Fig. 2C ersichtlich.

Fig. 2C zeigt eine Draufsicht der Wandlermembran 46 nach Fig. 2B, wobei die Lage der Fältchen in der Membran 46 in bezug auf die Berührungsfläche zwischen Membran 46 und Widerlagerplatte 54 ersichtlich ist. Das Bezugszeichen 60 kennzeichnet die äussere Grenze der Berührungsfläche zwischen Widerlagerscheibe 54 (Fig. 2B) und Membran 46 und das Bezugszeichen 62 kennzeichnet die äussere Begrenzung der Membran 46. Aus Fig. 2C ist ersichtlich, dass die Fältchen, die in die Membran 46 eingeführt werden, während diese Membran 46 mit dem Gehäuse 38 zusammengebaut wird, auf den Bereich zwischen Grenzlinie 60 von Berührungsfläche zwischen Membran 46 und Widerlagerplatte 54 und äusserste Begrenzung 62 der Membran 46 und Träger-ring-Berührungsfläche begrenzt sind. Durch Zusammenbau des Wandlers 36 auf diese Weise kommt eine gleichförmige Berührung zwischen der Membran 46 und der gekrümmten Oberfläche 52 der Widerlagerscheibe 54 (Fig. 2A) zustande, und es erfolgt eine gleichförmige Spannung der Membran 46, was wiederum den Wirkungsgrad des Wandlers 36 und die Empfindlichkeit gegenüber einem bekannten Wandler 10 verbessert.

Beim Zusammenbau des Wandlers 36 gemäss Fig. 2A wurde ein Zusammenbauwerkzeug erwähnt, um die Membran des Wandlers 36 auf die Gestalt der gewölbten Widerlageroberfläche vorzuformen. Dieses Zusammenbauwerkzeug 61 für den Wandler 36 ist in Fig. 3 A dargestellt. Das Gehäuse 38 des Wandlers 36 (Fig. 2B) wird in einem Gehäuseträger 64 derart angeordnet, dass der Flansch 44 des Gehäuses 38 auf einer entsprechenden Stufe des Gehäuseträgers 64 aufliegt. Die Membran 46 wird dann zusammen mit dem Versteifungsspannring 48, der am Umfang der Membran mittels eines Klebers befestigt ist, in die Öffnung 40 des Wandlergehäuses 38 derart eingelegt, dass die Membran auf dem Flansch 44 aufliegt. Der Zweck des Versteifungsrings 48 besteht darin, zeitweilig den Umfang der Membran 46 in einer ebenen Orientierung zu halten. Ausser dem Trägeraufbau 64 weist das Zusammenbauwerkzeug 61 eine zylindrische Stange 66, eine zylindrische Hülse 68 und einen Bördelring 70 auf. Die Stange 66 weist ein gewölbtes Ende 72 auf, welches die gleiche Krümmungsgestalt hat wie die gekrümmte Oberfläche 52 der Widerlagerplatte 54 (Fig. 2A). Die Hülse 68 ist konzentrisch bezüglich der vertikalen Mittelachse durch die Stange 66 angeordnet und in Richtung der Mittelachse längs der zylindrischen äusseren Oberfläche der Stange 66 gleitbar. Die Hülse 68 weist einen abgestuften Endabschnitt auf, auf dem der Blendenspannring 50 aufsetzbar ist bevor er mit dem Gehäuse 38 fest verbunden wird. Der Bördelring 70, der kon> zentrisch zur Mittelachse durch die Stange 66 gelagert ist, kann längs der zylindrischen äusseren Oberfläche der Hülse 68 verschoben werden. Das Ende des Bördelringes 70 weist einen verjüngten Endabschnitt auf, um das offene Ende des Gehäuses 38 auf den Spannring 50 zu bördeln, nachdem dieser Ring 50 in die Öffnung 40 des Gehäuses 38 soweit eingelegt ist, dass der Versteifungsring 48 berührt wird. Wenn der Trägerring 50, die Membran 46, der Versteifungsring 48 und das Gehäuse 38 in der Stellung nach Fig. 3 A befindlich sind, dann ist die Membran 46 bereit zur Verformung ihres inneren Bereichs und dieser Bereich wird gegenüber dem Umfangsbe-reich in einer festen Lage gegenüber dem Gehäuse 38 gehalten. Fig. 3B veranschaulicht die Stellung des Zusammenbauwerkzeugs 61, wenn die Membran 46 auf die Gestalt der gekrümmten Oberfläche 52 der Widerlagerplatte 54 vorgeformt ist (Fig. 2A) und der Umfang der Membran 46 in einer festen Lage gegenüber dem Gehäuse 38 und dem Trägerring 50 angeordnet ist.

Fig. 3B stellt einen Axialschnitt von Wandlergehäuse 38 und Membran 46 nach Fig. 3A dar, wobei die Membran 46 vorgeformt und fest mit dem Gehäuse 38 verbunden ist. Die Membran wurde dadurch vorgeformt, dass die gewölbte Oberfläche 72 der Stange 66 an die Membran 46 angelegt wurde. Wenn das gewölbte Ende der Stange 66 die Membran 46 berührt, dann wird der Innenbereich der Membran 46 gegenüber einer Ebene durch den Umfang der Membran 46 versetzt. Da die innere Membran 46 auf diese Weise versetzt wurde, überwindet die auf die Membran 46 durch die Stange 66 ausgeübte Kraft die Spannkraft, die durch den Versteifungsspannring 48 ausgeübt wird, so dass sich der Umfang der Membran 46 gleichförmig nach innen bewegt. Nachdem der innere Bereich der Membran 46 im vollen Ausmasse versetzt ist, bringt die Hülse 68 den Trägerring 50 in Passeingriff mit dem Versteifungsring 48, wodurch der Umfang der Membran 46 in fester Lage gegenüber dem Gehäuse 38 und dem Trägerring 50 gehalten wird. Während der Umfang der Membran 46 in einer festen Lage gegenüber dem Gehäuse 38 und dem Trägerring 50 gehalten wird, bewegt sich das verjüngte Ende des Bördelrings 70 nach unten und kommt in Eingriff mit dem offenen Ende des Gehäuses 38, wodurch das offene Ende des Gehäuses 38 auf den Tragring 50 gebördelt wird, der den Umfang der Membran 46 in einer festen Lage gegenüber dem Gehäuse 38 und dem Trägerring 50 festhält. Die Stange 66, die Hülse 68 und der Bördelring 70 werden dann vom Gehäuseaufbau 64 wegbewegt und der so vorgefertigte Membranaufbau wird vom Gehäuseträger 64 entfernt.

Fig. 4A stellt eine Schnittansicht eines Teils eines elektroakustischen Wandlers dar, wobei die flache Membran des Wandlers in Berührung mit einer flachen Widerlageroberfläche steht. Dies ist Stand der Technik. Dabei wird die Membran 74 in ebener Ausrichtung durch Spannmittel 76 getragen, die von einem herkömmlichen Wandlergehäuse (nicht dargestellt) getragen werden. Eine relativ flache Oberfläche der Widerlagerplatte 78 berührt die Membran 74 und dieser Berührungseingriff wird durch eine Feder 80 aufrecht erhalten. Obgleich sogar eine relativ flache Widerlageroberfläche die relativ flache Membran berührt, wird ein Falten bildendes Beanspruchungsmuster in die Membran 74 durch Berührung mit der Widerlagerplatte eingeführt. Dieses Beanspruchungsmuster, das in die Membran 74 eingeleitet wurde, lässt sich deutlicher aus der Draufsicht der Membran 74 in Fig. 4B erkennen.

In Fig. 4B bezeichnet das Bezugszeichen 82 die äussere

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Begrenzung der Berührungsfläche zwischen Membran 74 und Widerlagerplatte 78 (Fig. 4A). Das Bezugszeichen 84 bezeichnet die innere Grenze der Berührungsfläche zwischen Membran 74 und Träger 76. Wie aus Fig. 4B ersichtlich, stehen Falten in die Berührungsfläche zwischen Membran 74 und Widerlagerplatte 78 ein, die die Berührungsfläche zwischen diesen Bestandteilen vermindern, was wiederum zu einer Verminderung des Wirkungsgrades und der Empfindlichkeit führt. Wenn auch die Fältchenbildung in der Membran 74 geringer ist als bei einer flachen Membran, die anschliessend auf eine gewölbte Widerlageroberfläche aufgelegt wird, so ist das Ausmass der Fältchenbildung gross genug um den Wirkungsgrad des Wandlers merklich zu beeinträchtigen und dessen Empfindlichkeit herabzusetzten. Dieser verminderte Wirkungsgrad kann zusammen mit der hieraus resultierenden Verringerung der Empfindlichkeit dadurch vermieden werden, dass der innere Bereich der Membran 74 gegenüber der Ebene 86, die durch die Berührungsfläche zwischen Membran 74 und Spannvorrichtung 76 geht, versetzt wird, und zwar durch ein Verfahren, wie dies vorstehend beschrieben wurde. Eine solche Anordnung ist in Fig. 5A dargestellt.

In Fig. 5A ist ein Axialschnitt eines Teils eines elektroakustischen Wandlers dargestellt, der eine versetzte Membran 88 aufweist, die mit einer flachen Widerlageroberfläche in Berührung steht und gemäss den Lehren der Erfindung ausgebildet ist. Der Umfang der Membran 88 wird durch Spannmittel 90 eben ausgespannt, und die Spannmittel 90 werden von einem herkömmlichen Wandlergehäuse (nicht dargestellt) getragen. Der innere Bereich der Membran 88 wurde gegenüber der Ebene 90 durch den Umfang der Membran 88 versetzt, bevor die flache Oberfläche 91 der Widerlagerplatte 92 in Eingriff mit der Membran 88 gebracht und in dieser Eingriffsstellung durch die Feder 94 gehalten wurde. Sämtliche Fältelungen, die in die Membran 88 durch Berührung von Membran 88 mit der Oberfläche 91 der Widerlagerplatte 92 eingeleitet wurden, treten im äusseren Abschnitt des Bereichs der Membran 88 auf und nicht in jenem Bereich der Membran 88, die die Oberfläche 91 der Widerlagerplatte 92 berührt. Die Lage der Fältchen in der Membran 88 nach voller Berührung mit der Widerlagerplatte 92 lässt sich deutlicher aus der Draufsicht gemäss Fig. 5B erkennen.

In Fig. 5B bezeichnet das Bezugszeichen 96 die äussere Grenze der Berührungsfläche zwischen Membran 88 und Widerlagerplatte 92 (Fig. 5A). Das Bezugszeichen 98 kennzeichnet die innere Grenze der Berührungsfläche zwischen Membran 88 und Träger 90. Wie aus Fig. 5B ersichtlich, bewegen sich die Fältchen in der Membran 88 nach dem Bereich zwischen den Grenzen 96 und 98, wenn die Widerlagerplatte 92 voll die Membran 88 erfasst hat, wodurch die Berührungsfläche zwischen diesen Bauteilen vergrössert wird, was wiederum eine Erhöhung des Wandlerwirkungsgrades und seiner Empfindlichkeit gegenüber einer Wandlerausbildung gemäss Fig. 4A zur Folge hat.

Ausser einer Verbesserung des Wandlerwirkungsgrades und seiner Empfindlichkeit kann die Erfindung aussèrdem noch benutzt werden, um das Wandlerprofil zu reduzieren. In Fig. 6A bezeichnet das Bezugszeichen 100 die Hauptprofilabmessung eines herkömmlichen elektroakustischen Wandlers 102. Die Wandlermembran 104 wird in ihrer ebenen Lage durch die Spannmittel 106 gehalten, die sich über die äusseren Begrenzungen der von der Membran berührten Widerlagerplatte 108 erstrecken. Das Gehäuse für den Wandler 102 muss dabei gross genug sein, um die Membranspannmittel 106 zu umfassen. Die Abmessung 100 kann beträchtlich vermindert werden, indem die Membran 104 vor Berührung mit der Widerlagerplatte 108 versetzt wird. Eine solche Anordnung ist in Fig. 6B dargestellt.

Fig. 6B zeigt einen Axialschnitt eines elektroakustischen

Wandlers, der eine versetzte Membran aufweist, was zu einem Wandler mit einer verminderten Querschnittsabmessung gegenüber dem Stande der Technik führt. In Fig. 6B wurde die Membran 106 vor Berührung mit der Widerlagerplatte 112 versetzt, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, dass die die Membran 110 spannenden Mittel 114 näher an die Mitte des Wandlers 116 herangeführt werden können, und dies führt zu einer verminderten Profilabmessung im Durchmesser 118 gegenüber der Durchmesserabmessung 100 in Fig. 6A. Diese verminderte Profilabmessung macht es möglich, das Wandlergehäuse benachbart zu jener Abmessung 118 zu verkleinern.

Allgemeine Betrachtungen

Bei dem beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel wurde ein relativ unelastisches Material für die schwingungsfähige Membran benutzt. Während eine nicht versetzte Membran aus einem elastischen Material gleichförmig durch eine passende Widerlagerplatte gespannt werden kann, ohne in das Material Fältchen einzuführen, ist ein solches Material zur Benutzung als Membran für elektroakustische Wandler ungeeignet, weil unter Spannung die Membrandicke ungleichförmig wird und die Spannung in einer solchen Membran sieh nach einer gewissen Zeitdauer vermindert, und beides sind unerwünschte Einflüsse auf das Wandlerverhalten.

Gemäss dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Innenbereich der schwingungsfähigen Membran 46 durch die Stange 66 des Zusammenbauwerkzeugs 61 versetzt bevor eine Kraft auf den Trägerring 50 durch die Hülse 68 des Werkzeugs 61 ausgeübt wurde, um den Umfang der Membran 46 in fester Lage gegenüber dem Gehäuse 38 während jener Zeitdauer zu halten, in der das Gehäuse 38 auf den Trägerring 50 umgebördelt wurde. Diese spezielle Folge von Schritten wurde dadurch möglich, dass der aus Papier bestehende und daher zusammendrückbare Versteifungsring 48 auf den Umfang der Membran 46 geklebt war, wodurch die gleichförmige radial nach aussen weisende Kraft auf die Membran ausgeübt wurde, während der innere Membranbereich in seiner Ebene versetzt wurde. Wenn ein Spannring oder ein geeignetes Klebemittel nicht benutzt wurde, besteht eine andere Möglichkeit der Versetzung des inneren Membranbereichs darin, den Umfang der Membran 46 zwischen den Flansch des Trägerrings 50 und den Flanschabschnitt des Gehäuses 38 einzulegen und dann eine relativ geringe Kraft durch die Hülse 68 auf den Trägerring 50 auszuüben. Die Höhe der auf den Trägerring 50 durch die Hülse 68 ausgeübten Kraft müsste dann kleiner sein"als die Kraft die erforderlich ist, um den Innenbereich der Membran 46 zu versetzen, so dass der Umfangsabschnitt der Membran 46 sich gleich-mässig nach innen bewegen kann, wenn der innere Membranabschnitt versetzt wird.

Das Gehäuse 38 wäre dann auf den Trägerring 50 aufzu-bördeln, nachdem der innere Membranbereich versetzt ist, wodurch der Umfang der Membran 46 in eine feste Lage gegenüber dem Gehäuse 38 gebracht wird.

Das Ausmass der Versetzung des inneren Membranbereichs kann grösser sein als die Versetzung, die notwendig ist um eine gleichförmige Berührung zwischen dem Membranbereich und der elektrisch leitfähigen Oberfläche der angepass-ten Wandler-Widerlagerplatte bei einem endgültigen Membranspannungspegel zu gewährleisten, der optimale Wandlerwirkungsgrade und Empfindlichkeit ergibt, aber die Versetzung sollte nicht geringer sein. Die Versetzung der Membran des Wandlers über das Ausmass, welches erforderlich ist eine solche gleichförmige Berührung herzustellen, ergibt keine weitere Verbesserung von Wirkungsgrad und Empfindlichkeit, kann jedoch beispielsweise zum Zwecke der Reduzierung des Wandlerprofils nützlich sein.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

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1. Kapazitativer elektroakustischer Wandler mit einer von einer Randeinfassung in einem Gehäuse gehaltenen, im wesentlichen unelastischen zweischichtigen Membran, die eine elektrisch leitende und eine nichtleitende Schicht aufweist und von einer an der nichtleitenden Schicht anliegenden starren Elektrodenplatte mechanisch gespannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (46 ; 88; 110) von der Randeinfassung (44,50; 90; 114) in einem hinsichtlich ihres mittleren Bereiches der Form der Elektrodenplatte (54; 92; 112) angepassten Verformungszustand festgehalten ist, der durch axiale Versetzung des mittleren Membranbereiches unter gebremster zentripetaler Verschiebung des äusseren Randbereiches zustandegekommen ist.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenplatte (54) konvex gewölbt ist.

3. Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (46) kreisrund ist.

4. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (46) im Bereich ihres Umfangs einen Versteifungsring (48) trägt.

5. Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Versteifungsring (48) aus Papier besteht.

6. Wandler nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (46) im Bereich des Versteifungsringes (48) in der Randeinfassung (44, 50) befestigt ist.

7. Verfahren zum Herstellen eines elektroakustischen Wandlers nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine ebene Membran mit ihrem äusseren Randbereich in einem Wandlergehäuse so abgestützt wird, dass sie eine Gehäuseöffnung überspannt, dass sodann auf den äusseren Randbereich der Membran eine gleichförmige Klemmkraft ausgeübt wird, welche die Tendenz hat, die Membran in ebener Gestalt zu halten, während auf den mittleren Membranbereich eine Kraft ausgeübt wird, welche diesen Membranbereich in axialer Richtung aus seiner ebenen Lage versetzt, wobei der der Klemmkraft unterliegende äussere Randbereich der Membran eine gebremste zentripetale Verschiebungsbewegung ausführt, und dass schliesslich der äussere Randbereich der Membran gegenüber dem Gehäuse festgelegt wird, sobald sich der mittlere Membranbereich in der versetzten Lage befindet.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Versetzung des mittleren Membranbereiches durch einen Bauteil mit einer sphärischen Oberfläche bewirkt wird.