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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrostatischen elektroakustischen Wandler.
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Elektrostatische Wandler sind hinlänglich bekannt und weisen typischerweise eine Membran auf, auf welcher eine Elektrode vorgesehen ist. Eine Gegenelektrode wird in einem Abstand zu der Membran vorgesehen. Wenn die Membran in Schwingung versetzt wird, dann führt dies zu einer Veränderung der Spannung zwischen der Elektrode an der Membran und der Gegenelektrode. Wenn der Wandler als Wiedergabewandler vorgesehen ist, dann führt eine Spannungsänderung zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode zu Auslenkungen der Membran. Aufgrund der elektrostatischen Kraft zwischen der Elektrode auf der Membran und der Gegenelektrode kann es dazu kommen, dass die Membran in Richtung der Gegenelektrode vorgespannt ist. Dies kann sich als nachteilig erweisen.
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DE 10 2007 104 577 zeigt einen elektrostatischen Aufnahmewandler mit einer Membran und jeweils eine Gegenelektrode auf beiden Seiten der Membran. Die Gegenelektrode wird als gerade Elektrode ausgestaltet und weist eine Mehrzahl von Löchern auf, um die Gegenelektrode akustisch transparent zu machen.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektrostatischen elektroakustischen Wandler vorzusehen, welcher verbesserte akustische Eigenschaften aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch einen elektrostatischen elektroakustischen Wandler nach Anspruch 1 gelöst.
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Somit wird ein elektrostatischer, elektroakustischer Wandler mit einer Membran vorgesehen, die einen Kalottenbereich, einen Sickenbereich und einen Übergangsbereich aufweist. Der Wandler weist eine Elektrode auf, welche in oder an dem Kalottenbereich vorgesehen ist. Der Wandler weist ferner eine erste Gegenelektrode auf, welche in ihrer Form an den Kalottenbereich angepasst ist.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Wandler eine erste Gegenelektrode vor der Membran und/oder eine zweite Gegenelektrode hinter der Membran auf.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine erste Elektrode vor der Membran und eine zweite Elektrode hinter der Membran vorgesehen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die erste und/oder zweite Gegenelektrode fest mittelbar oder unmittelbar mit dem Chassis des Wandlers verbunden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Membran einen äußeren Rand auf, der an dem Chassis des Wandlers befestigt ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung erstreckt sich die erste und/oder zweite Gegenelektrode in dem Kalottenbereich.
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Die Erfindung betrifft ebenfalls einen Hörer oder ein Mikrofon mit einem oben beschriebenen elektrostatischen elektroakustischen Wandler.
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Die Erfindung betrifft einen Gedanken, einen elektrostatischen elektroakustischen Wiedergabewandler vorzusehen, der eine Membran mit einem Kalottenbereich aufweist. Damit ist die Membran nicht mehr flach ausgestaltet, sondern weist einen Kalottenbereich, das heißt einen Bereich auf, der als Kugelabschnitt ausgestaltet ist. Die Membran kann ferner einen Sickenbereich aufweisen, der optional ringförmig ausgestaltet ist und den Kalottenbereich umgibt. Die Gegenelektrode des elektrostatischen elektroakustischen Wandlers kann vor oder hinter der Membran vorgesehen sein und ist an die Form der Kalotte angepasst. Wenn die Gegenelektrode vor der Membran vorgesehen ist, dann weist sie eine kugelabschnittsförmige Ausnehmung auf. Wenn die Gegenelektrode hinter der Membran vorgesehen ist, dann weist sie eine Form eines Kugelabschnitts auf, der wiederum an die Form des Kalottenbereichs angepasst ist.
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Optional kann die Membran an ihrem Außenbereich oder Rand an ein Chassis des Wandlers befestigt sein. Die Gegenelektrode ist optional im Bereich der Kalotte vorgesehen, so dass sich die Gegenelektrode nicht bis zum Chassis erstreckt und der Außenbereich der Membran, d. h. der Bereich der Membran zwischen der Sicke und der Außenbefestigung bzw. dem Rand, ist somit nicht durch die Gegenelektrode abgedeckt bzw. die Gegenelektrode erstreckt sich somit nicht bis zum äußeren Rand der Membran. Die Gegenelektrode ist fest mit dem Chassis mittelbar oder unmittelbar verbunden, so dass keine Relativbewegung zwischen der Membranbefestigung und der Gegenelektrode vorhanden ist.
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Der elektrostatische elektroakustische Wandler kann als ein Kondensatorwandler oder als ein Elektretwandler ausgestaltet sein.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrostatischen elektroakustischen Wandlers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrostatischen elektroakustischen Wandlers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrostatischen elektroakustischen Wandlers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrostatischen elektroakustischen Wandlers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Der Wandler 100 weist ein Chassis 110, eine Gegenelektrode 121, eine Elektrode 130 und eine Membran 140 auf. Die Membran 140 weist einen Kalottenbereich 141, einen Sickenbereich 143 und einen Übergangsbereich 142 auf. Die Elektrode 130 ist auf oder an dem Kalottenbereich 141 der Membran 140 vorgesehen. Die Gegenelektrode 121 ist vor dem Kalottenbereich 141 der Membran 140 vorgesehen. Die Gegenelektrode 121 weist dabei eine kugelabschnittsförmige Ausnehmung auf, welche dem Kalottenbereich 141 der Membran 140 gegenüberliegt und an diese angepasst ist. Die Membran 140 ist an ihrem Außenbereich bzw. Rand 144 an dem Chassis 110 befestigt.
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Somit sind im Gegensatz zum Stand der Technik die Elektrode 130 und die Gegenelektrode 121, 122 des elektrostatischen Wandlers nicht gerade ausgestaltet.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrostatischen elektroakustischen Wandlers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Der Wandler 100 weist ein Chassis 110, eine Elektrode 130, eine Gegenelektrode 122 und eine Membran 140 auf. Die Membran 140 weist einen Kalottenbereich 141, einen Sickenbereich 143 und einen Übergangsbereich 142 auf. Die Membran 140 ist an ihrem äußeren Rand 144 mit bzw. an dem Chassis 110 befestigt. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Elektrode 130 im oder am Kalottenbereich 141 der Membran 140 vorgesehen. Ferner ist die Gegenelektrode 122 nicht mehr vor der Membran 140 wie im ersten Ausführungsbeispiel, sondern hinter der Membran 140 vorgesehen. Die Gegenelektrode 122 und das Chassis 110 sind fest miteinander mittelbar oder unmittelbar verbunden, so dass keine Relativbewegung zwischen der Gegenelektrode 122 und der Membranbefestigung erfolgt. Die Gegenelektrode 122 ist zumindest teilweise als Kugelabschnitt ausgestaltet. Da die Elektrode 130 auf oder an dem Kalottenbereich 141 der Membran 140 vorgesehen ist, ist die Elektrode 130 ebenfalls kugelabschnittsförmig ausgestaltet. Die Gegenelektrode 122 erstreckt sich im Wesentlichen nur im Bereich der Kalotte 141 der Membran 140.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrostatischen elektroakustischen Wandlers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Der Wandler 100 weist ein Chassis 110, eine Membran 140 und zwei Gegenelektroden 121, 122 auf. Die Membran weist einen Kalottenbereich 141, einen Sickenbereich 143, einen Übergangsbereich 142 und einen äußeren Rand 144 auf. Die Membran 140 ist über ihren äußeren Rand 144 mit oder an dem Chassis 110 befestigt. Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist eine erste Gegenelektrode 121 vor der Membran 140 und eine zweite Gegenelektrode 122 hinter der Membran 140 vorgesehen. Die erste Gegenelektrode 121 ist wie im ersten Ausführungsbeispiel und die zweite Gegenelektrode 122 ist wie im zweiten Ausführungsbeispiel ausgestaltet. Somit ist eine Gegenelektrode sowohl vor als auch hinter der Membran vorgesehen.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des elektrostatischen elektroakustischen Wandlers wird aufgrund der elektrostatischen Rückstellkraft die Membran 140 lediglich in ihrer Ruhelage verschoben. Ferner wird der Kalottenbereich 141 hierbei nicht verformt.
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Dadurch, dass die Membran einen Kalottenbereich aufweist, dessen Fläche durch die Ausgestaltung des Kugelabschnitts bestimmt wird, wird die elektrostatisch effektive Fläche vergrößert. Dadurch dass sich die Gegenelektroden nur im Kalottenbereich 141 erstrecken, kann Schall auch den äußeren Bereich 143 der Membran treffen und von dort in den Sickenbereich 143 und den Kalottenbereich 141 geleitet werden. Dies ist in 4 durch die Pfeile dargestellt. Damit ist es nicht mehr notwendig, dass Bohrungen in den Gegenelektroden vorgesehen werden, um diese akustisch transparent zu machen. Dies ist wiederum vorteilhaft hinsichtlich der verbesserten Homogenität des elektrischen Feldes. Ferner kann durch den Verzicht auf die Bohrungen in den Gegenelektroden auch die Erzeugung zusätzlicher akustischer Massen verhindert werden, die sich störend auf den Frequenzgang des Wandlers auswirken können.
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Durch die Ausgestaltung der Gegenelektrode lediglich im Bereich der Kalotte 141 kann im Vergleich zu den elektrostatischen Wandlern gemäß dem Stand der Technik vermieden werden, dass ein dünner Luftspalt sich zwischen Membran und Gegenelektrode bildet, was wiederum zu einer starken Versteifung der Membran führen kann. Erfindungsgemäß wird dies durch die Ausgestaltung des Wandlers vermieden. Ferner kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung vermieden werden, dass durch Strömungseffekte in dem Luftspalt eine starke Bedämpfung der Membran erfolgt.
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Erfindungsgemäß kann die Dämpfung der Membranresonanz unabhängig vom Luftspalt, zum Beispiel durch akustische Widerstände (z. B. Seiden) eingestellt werden.
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Durch die Ausgestaltung des Wandlers gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel (eine Gegenelektrode vor der Membran und eine Gegenelektrode hinter der Membran) heben sich die elektrostatischen Kräfte auf und die Membran kann in ihrer Ruhelage verbleiben. Die Ausgestaltung des dritten Ausführungsbeispiels ist ferner vorteilhaft, weil somit die Ausgangssignale der ersten und der zweiten Gegenelektrode 121, 122 verwendet werden können und somit die Empfindlichkeit erheblich gesteigert werden kann.
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Gemäß der Erfindung kann der elektrostatische Wandler als ein Echtkondensatorwandler oder als ein Elektretkondensatorwandler ausgestaltet sein.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung können sowohl vor als auch hinter der Membran akustische Elemente vorgesehen sein, um sowohl den Frequenzgang als auch die Richtwirkung des Wandlers einzustellen.
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Gemäß der Erfindung weist die Membran einen Kalottenbereich und einen Sickenbereich auf, wobei der Sickenbereich die Nachgiebigkeit der Membran bestimmt. Gemäß der Erfindung soll der Kalottenbereich eine möglichst kolbenförmige Bewegung ausführen.
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Gemäß der Erfindung wird die Membran mittig oder hoch abgestimmt, so wie es bei elektrostatischen Wandlern üblich ist.
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Durch die Abstandsänderung zwischen der Elektrode auf der Kalotte und der Gegenelektrode kann ein Ausgangssignal durch Änderung des elektrostatischen Feldes zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode erzeugt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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