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Elektroakustischer Wandler nach dem elektrostatischen Prinzip Elektroakustische
Wandler nach dem elektrostatischen Prinzip bestehen im wesentlichen aus einer scheibenförmigen
Elektrode und einer möglichst nahe vor dieser Elektrode angeordneten Membrane. Beide
zusammen bilden einen Kondensator, weshalb elektrostatische Wandler je nach Verwendungszweck
entweder als Kondensatormikrophon oder als Kondensatorlautsprecher bezeichnet werden.
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Vor dem Bekanntwerden der Kunststoffe wurde die Membrane ausschließlich
aus außerordentlich dünn ausgewalzten Metallen hergestellt und über einen Ring gespannt.
Da der Abstand zwischen Membrane und Gegenelektrode nur wenige li. betragen sohl,
damit sich eine große Empfindlichkeit und eine große Kapazität des Wandlers ergeben,
war die Herstellung insbesondere von Kondensatormikrophonen sehr kostspielig. Außerdem
störte das harte Luftpolster zwischen Membrane und Gegenelektrode, so daß in letzterer
zahlreiche feine Bohrungen vorgesehen werden mußten.
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Mit dem Aufkommen der Kunststoffe ergaben. sich neue Möglichkeiten
für elektroakustische Wandler nach dem elektrostatischen Prinzip. Kunststoffe haben
nämlich die Eigenschaft, daß sie sich in sehr dünnen Folien herstellen lassen, sehr
leicht sind und durch Aufbringen leitender Stoffe auf einer Seite leitend werden,
auf der anderen hingegen vorzüglich isolieren, so daß eine Berührung zwischen der
aus einem einseitig beschichteten Kunststoff hergestellten Membrane und der Gegenelektrode
keinerlei schädliche Folgen mit sich brachte. Es werden daher in letzter Zeit nahezu
alle Kondensatormikrophone und Lautsprecher mit Kunststoffmembranen ausgerüstet.
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Damit wurde zwar eine befriedigende Lösung für die Probleme der Membrane
gefunden, die Gegenelektrode mit den vielen feinen Bohrungen wurde jedoch beibehalten.
Man bildete sie allerdings nicht immer plangeschliffen aus, sondern. versah sie
mit kleinen Erhöhungen, so daß die Membrane an vielen Stellen unterstützt wurde.
An Stelle der kleinen Erhöhungen wurden gelegentlich auch Seidenfäden, in letzter
Zeit auch Kunststoffäden, zur Distanzierung der Membrane von der Gegenelektrode
vorgeschlagen. Der Abstand, der sich bei diesen vorbeschriebenen Anordnungen zwischen
Elektrode und Membrane ergab, kann noch weiter verringert werden, wenn man die Elektrode
.durch eine mechanische oder chemische Behandlung aufrauht, wie dies beispielsweise
bei der Herstellung von Elektrolytkondensatoren gemacht wird, so daß sich verhältnismäßig
stark ausgeprägte Spitzen ergeben. Die so aufgerauhte Oberfläche der Elektrode wird
hierauf chemisch behandelt, wobei sich ein nichtleitendes Umsetzungsprodukt, bei
Aluminium z. B. Aluminiumoxyd, ausbildet, so daß sich ein äußerst geringer Abstand
zwischen Membrane und Elektrode ergibt, da die Membrane ja nur auf den Spitzen der
aufgerauhten Oberfläche aufliegt. Aber auch bei dieser Ausführung ist es erforderlich,
um die Steifigkeit der zwischen Membrane und Elektrode eingeschlossenen Luftmenge
auszuschalten, die Gegenelektrode mit feinen Bohrungen zu versehen.
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Aus dem vorstehend geschilderten Stand der Technik läßt sich unschwer
ableiten, welche Schwierigkeiten bei der Herstellung von elektrostatischen Wandlern,
insbesondere Kondensatormikrophonen, auftreten und welche Sorgfalt bei der Erzeugung
aufgewendet werden muß. Es erklärt sich daraus der verhältnismäßig hohe Preis für
ein wirklich einwandfreies Kondensatormikrophon. Bei Kondensatorlautsprechern, wie
sie z. B. zur Wiedergabe der hohen Frequenzen bei elektroakustischen Anlagen verwendet
werden, bestehen nicht so hohe Anforderungen, da es sich um größere Amplituden,
größere Leistungen, größere Abmessungen und vor allem um die Übertragung eines verhältnismäßig
engen Frequenzbereiches handelt.
Die Erfindung, die alle Wandlertypen
nach dem elektrostatischen Prinzip umfaßt, zeigt die ihr eigenen Vorteile und den
durch sie erzielten Fortschritt am augenfälligsten in der Ausbildung als elektrostatisches
Mikrophon. Es sind: daher in der folgenden Beschreibung und in den Figuren der Zeichnung
elektrostatische Wandler beschrieben, die vorzugsweise als Mikrophone Verwendung-
finden. Die erfindungsgemäße Ausbildung eines-elektrdstatischen Wandlers ist jedoch
nicht auf Mikrophone beschränkt, sondern in gleicher Weise auch auf -elektrostatische
Lautsprecher anwendbar.
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Der erfindungsgemäß aufgebaute elektroakustische Wandler nach dem
elektrostatischen Prinzip- ist vorzugsweise mit einer auf einer Seite einen leitenden
Belag aufweisenden Kunststoffmembrane versehen, die im Abstand parallel zur Gegenelektrode
angeordnet sein kann, ohne diese zu berühren. Die Membrane kann aber auch partiell
unterstützt sein oder zur Gänze auf der Gegenelektrode aufliegen. Die Erfindung
ist nun darin zu erblicken, daß wenigstens ein Teil der Gegenelektrode, vorzugsweise
aber die ganze Elektrode, aus einem Sinterkörper besteht.
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Ein Sinterkörper besteht aus einem in die gewünschte Form gepreßten
Pulver mit dem Verwendungszweck angepaßter Korngröße, das in der Preßform so weit
erhitzt wird, daß sich die Pulverkörner an ihren Berührungsstellen miteinander verbinden.
Das Ergebnis ist ein mehr oder weniger poröser Körper mit einer verhältnismäßig
rauhen Oberfläche.
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Wird die Gegenelektrode beispielsweise eines Kondensatormikrophons
nach dem erfindungsgemäßen Vorschlag aus einem Sinterkörper hergestellt, so ergibt
die rauhe Oberfläche bei jenen Ausführungen, bei denen die Membrane zur Gänze oder
partiell auf der Elektrode aufliegt, so viele Unterstützungspunkte für die Membrane,
daß keinerlei zusätzliche mechanische oder chemische Bearbeitung der Elektrodenoberfläche
erforderlich ist. Aber auch bei jenen Mikrophonen, bei denen die Membrane nicht
unmittelbar auf der Gegenelektrode aufliegt, ist die erfindungsgemäße Verwendung
eines Sinterkörpers sehr zweckmäßig, denn infolge seiner Porosität ist es nicht
erforderlich, die Gegenelektrode mit Bohrungen zu versehen.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung können der folgenden Beschreibung
an Hand der Figuren der Zeichnung entnommen werden. Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen
elektrostatischen Wandler, bei dem die Membrane auf der Gegenelektrode aufliegt.
In Fig.2 ist ein Wandler gezeigt, bei dem die Membrane nur teilweise aufliegt. Bei
dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt die Membrane nicht auf der
Gegenelektrode auf. Fig. 4 zeigt, wie bei dem erfindungsgemäßen Wandler die Anschlußelektroden
angebracht werden können. In den Fig. 5 bis ß sind Wandler gemäß der Erfindung dargestellt,
die eine besondere Richtcharakteristik aufweisen.
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In den Figuren. der Zeichnung ist die aus einem Sinterkörper hergestellte
Elektrode mit 1 bezeichnet. Solche Sinterkörper können aus verschiedenen Materialien
hergestellt werden. Es können dies sowohl Metallpulver sein als auch geeignete Kunststoffe,
die gegebenenfalls durch Zusätze elektrisch leitend gemacht worden sind, oder an
jenen Flächen, die einer Membrane gegenüberliegen oder an denen Anschlüsse erforderlich
sind, mit einer leitenden Schicht versehen werden. Die Korngröße des zur Herstellung
des Sinterkörpers verwendeten Pulvers bestimmt die Durchlässigkeit (Porosität) und
die Rauheit der Oberfläche des Körpers, so daß schon bei der Herstellung des Sinterkörpers
auf -.dessen Verwendungszweck Rücksicht genommen werden kann bzw. ein Sinterkörper
mit bestimmten geforderten Eigenschaften herstellbar ist.
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Es ist ein wesentlicher Vorteil, daß sich bei der Verwendung eines
Sinterkörpers als Gegenelektrode in einem elektrostatischen Wandler der akustische
Widerstand sehr gleichmäßig über die ganze der Membrane gegenüberliegende Oberfläche
verteilt und daß sich bei jenen Wandlern, bei denen die ganz oder partiell auf der
Gegenelektrode aufliegt, die geforderte Rauhigkeit der Oberfläche von selbst ergibt.
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Erfindungsgemäß mit einem Sinterkörper 'als Gegenelektrode ausgerüstete
elektrostatische Wandler, insbesondere solche, bei denen die Membrane aus einer
einseitig mit einem metallischen Belag versehenen Kunststoffolie besteht, die zur
Gänze auf der Gegenelektrode aufliegt, zeichnen sich durch hohe 1lbertragungsgüte
bei niedrigen Herstellungskosten aus.
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Die nach der Erfindung ausgebildeten Wandler können sowohl als Kondensator-Druckempfänger
ohne ausgeprägte Richtwirkung ausgeführt sein, man kann sie aber auch als Richtmikrophone,
insbesondere auch mit einseitiger Richtcharakteristik herstellen.
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Fig.1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen
Wandler in stark vergrößertem Ausmaß. Die als Formkörper ausgebildete Gegenelektrode
1 aus Sintermaterial ist vorzugsweise als Scheibe ausgebildet. Die Oberfläche des
Sinterkörpers ist mit 2 bezeichnet: Auf ihr liegt die Kunststoffmembrane 3 auf,
die mit der elektrisch leitenden Schicht 4 versehen ist. Die Rückseite der Sinterscheibe
1 kann entweder ins Freie führen oder aber auch gegebenenfalls unter Zwischenschaltung
einer Luftkammer schallhart abgedeckt sein: Im ersten Falle ergibt sich ein Wandler
mit einseitiger Richtcharakteristik, im zweiten Falle ein. solcher mit einer kugelförmigen
Charakteristik. Die .einseitige Richtcharakteristik entsteht in an sich bekannter
Weise durch ein Laufzeitglied vom R-C-Typ, wobei dem R der akustische Widerstand
im Sintermaterial und dem C die Hohlräume im Sintermaterial entsprechen.
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In Fig. 2 ist ein Wandler dargestellt, bei dem die Membrane nur teilweise
(partiell) auf der Gegenelektrode, die ebenfalls ein Sinterkörper ist, aufliegt.
Die Sinterscheibe 1 ist von einem Ring 5 aus Isoliermaterial umschlossen. Die Membrane
3 ist am Rings befestigt und durch eine Stellvorrichtung, beispielsweise eine Schraube
6, gerade so viel von der Gegenelektrode abgehoben, daß sie nur auf wenigen Punkten
der rauhen Oberfläche 2 des Sinterkörpers 1 aufliegt. Die elektrischen Anschlüsse
sind mit 7 und 8 bezeichnet.
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In Fig. 3 ist jener Extremfall dargestellt, bei dem die Membrane 3
praktisch nicht mehr auf der Sinterelektrode 1 aufsitzt. Ein Distanzring 9 auf dem
Ring _5 bewirkt, daß die Membrane nur auf wenigen Punkten, z. B. ein bis fünf Punkten,
aufruht.
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Die Ausführung der elektrischen Anschlüsse bei einem erfindungsgemäßen
Wandler ist in Fig. 4 dargestellt.
Die Sinterelektrode mit der rauhen
Oberfläche 2 ist von einem Isolierring 5 umgeben; die Membrane mit der elektrisch
leitenden Oberfläche 4 ist um den Isolierring 5 umgeschlagen, und sie wird durch
den Ring 10 aus Metall oder Isolierstoff festgehalten. Besteht der Ring aus Metall,
kann der elektrische Anschluß direkt an demselben erfolgen. Wird jedoch ein: Isolierring
verwendet, ist die Einführung einer Metallfahne 8 erforderlich. Der zweite elektrische
Anschluß erfolgt über einen Stift oder eine Schraube 7 im Sinterkörper 1.
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In den Fig. 5 und 6 sind Schallwandler nach der Erfindung dargestellt,
die je nach der Größe der Polarisationsspannung acht-, nierenförmige oder andere
Richtcharakteristik aufweisen. Derartige Wandler besitzen auf der Vorder- und auf
der Rückseite je eine Membrane 3 bzw. 3 a, die, wie in Fig. 5 gezeigt, beide Seiten
des die Gegenelektrode 1 bildenden Sinterkörpers abdecken, oder aber es sind, wie
in Fig.6 dargestellt, zwei vorzugsweise scheibenförmige Sinterkörper 1 und 1 a vorgesehen,
die parallel und im Abstand zueinander angeordnet sind und so eine Luftkammer 11
einschließen, durch welche die Eigenschaften des Wandlers beeinflußt werden können.
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An Stelle von scheibenförmigem Sintermaterial können auch, ohne den
Rahmen der Erfindung zu verlassen, Körper beliebiger Gestalt, z. B. in Form von
zylindrischen oder prismatischen Stäben, verwendet werden. Die Membrane kann über
die ganze oder Teile der Membranefläche leicht gespannt angeordnet sein. Man hat
es damit in der Hand, verschiedene Richtcharakteristiken zu realisieren. So zeigt
beispielsweise Fig. 7 ein erfindungsgemäßes Mikrophon mit Kugelcharakteristik, hingegen
Fig. 8 ein Mikrophon mit cardioidförmiger Richtcharakteristik.