DE1437412A1 - Elektrostatischer elektroakustischer Wandler - Google Patents

Description

Uie Erfindung betrifft einen elektrostatischen elektrooptischen Unuler uit einer unterteilten Antriebselektrode uiiu eine,. Vibrationseleaent. Bei einen, bekannten tendier dieser *rt werden die verschiedenen Teile der ,mtriebselektrode ,,it unterschiedlichen Frequenzbereichen gespeist, um das Frequenzverhalten des handlers zu verbessern. Ein «analer dieser art _oenügt aber nicht den modernen Ansprüchen, überraschend vorteilhafte Ergebnisse, wie sie in der folgenden Beschreibung dargelegt sind, lassen sich erfindungsgemäss dadurch erzielen, dass die Struktur, die Vorspannung, der Werkstoff, die Form und die Abmessungen der üntdebselektrode,der abstand zwischen der *ntriebselektrode und aei. Vibrationselement und die Form una die Abmessungen des Vibrationseleiüentes so gewählt sind,

NeU8 Unterlagen !Art 7 £ l Abs. 2 Nr. l Satz 3 dee Änderungsfle«. V. 4 Si. f987)

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dass die Verteilung der auf das Vibrationselement ausgelitten Kraft in jedem Punkt im wesentlichen proportional der iiüjplitude des freien Schwingungsiuodus (Normalfunktion) des Vibrationselementes ist, so dass der Schwingungsmodus des Vibrationseleiuentes über einen grossen Frequenzbereich gleich ist.

Die Erfindung hat ferner zur Aufgabe, einen elektrostatischen elektroakustischen Wandler zu schaffen, der für folgende Zwecke verwendbar ist:

Ji Einrichtungen zur Beeinflussung der scheinbaren akustischen Impedanz von Handflächen;
B elektrostatische Lautsprecher, die niedrige Tonfrequenzen

wiedergeben können;
C Lautsprecher, die als Standard-Schallquelle in nieder-

gabeeinrichtungen verwendet werden können; D Standard-Lbutsprecher zur Messung von Mikrophoneigenschaften;

E Mikrophone mit scharfer Richtcharakteristik im niederfrequenten Bereich.

Ferner sollen erfindungsgemäss elektrostatische Lautsprecher geschaffen werden, die über einen grossen Bereich eine geradlinige Frequenzkennlinie haben, indem der Vibrationsmodus in elektrostatischen elektroakustischen Wandlern stabilisiert wird, der Betriebsfrequenzbereich vergrössert wird, und schliess-

Unterlagen {Art7S1Abs.2Nr.l SaUS dotoerunesfleftVU;* feu,,

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lieh die Vibrationen elektrisch ausgeglichen werden, indem sie dem .antriebssystem wieder zugeführt werden.

Ferner sollen erfindungsgeinäss Wandflächen geschaffen werden, deren .Absorptionsfaktoren frei verändert werden können, indem Schallsignale statt elektrischer Signale als Eingangssignale geliefert werden, uiu die scheinbaren mechanischen · Impedanzen (akustischen Impedanzen, wenn sie von akustischer Seite betrachtet werden) des Vibrationssysteus durch Rückkopplung zu kontrollieren, ihre Frequenzeigenschaften, Phaseneigenschaften usw.

heiter soll erfindungsgemäss der Effekt einer unendlich grossen Schallwand mit Systemen kleiner Grosse erhalten werden, so dass sich eine grössere Strahlungsimpedanz in niedrigen Fre-. quenzbereichen ergibt, d.h. bei Ka kleiner als 1, wobei K = 21Γ f/c, f = Frequenz, c = Schallgeschwindigkeit und a = äquivalenter Radius des Strahlers bedeuten,'und es soll der Strahlungswirkungsgrad in diesem Bereich dadurch verbessert werden, dass zwei elektrostatische elektroakustische Wandler parallel angeordnet und mit entgegengesetzter Phasenlage betrieben werden,

Weiter soll erfindungsgemäss eine Schallquelle gesoliaf- ■ fen werden, die einer punktförmigen Quelle äquivalent ist, iüdem eine geschlossene Kugelfläche gebildet wird, d.h. eine sogenannte "atmende" oder ^MRespirations"-Kugel mit einer Vielzahl elektrostatischer elektroakustischer Wandler.

Neue Unterlagen {Art 711 Abe. 2 Nr. I Satz 3 du Änderungs0e» A 4,1.1. ,, . __A

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Fig. 7 "bis ' 9 AusführungsforiÜPder Erfindung ohne Verwendung einer G-leichspannungsquelle zur Vorspannung geinass Fig. 2;

Fig. 10 und 11 die Frequenzkennlinien des wiedergegebenen

Schalldruckes auf der Achse normal zum vibrierenden Element mit erfindungsgemäss stabilisiertem Vibrationsniodus;

Fig. 12 und 13 Beispiele von Hilfselektröden zur Feststellung von Vibrations-Auslenkungen;

Fig. 14 und 15 aas Feststellverfahren für Vibrationen

unter Verwendung der Modulation von hoher Frequenz;

Fi₀. 16 das Feststellungsverfahren für Vibrationen

uiit Verwendung von piezoelektrischen Materialien;

Fig. 17 ■■ ein Blockschaltbild für Bewegungs-Rück-

Fig. 18 bis 20 Frequenzkennlinien des Wiedergabe-Schalldruckes auf der Achse normal zum vibrierenden Element bei der Anordnung nach Fig. 17;

Fig. 21 eine perspektivische Ansicht eines Minia-

tur-Eundfunkempfängergerätes mit einer

Neue Unterlagen (Art. 7 S 1 Abs. 2 Nr. l Satz 3 des Änderungsees« v- 4.Λ Tν "^

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leiter soll erfindungsgemäss ein elektrostatischer elektroakustischer Wandler geschaffen werden, indem eine "Rückkopplung in einem stabilisierten Zustand über einen weiten Bereich durchgeführt wird, indem ein stabilisierter Vibrationsiiiodus im ganzen Betriebsbereich erzielt wird, so dass sich besonders gute Frequenzeigenschaften oder Linearität bei der Abstrahlung von Schalldruck ergeben.

Weitere Ziele und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden, ins Einzelne gehenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung; es zeigen

Fig. 1 und 2 das Prinzip'von elektrostatischen elektroakustischen Wandlern nach der Erfindung;

Fig. 3' ein Beispiel einer kreisförmigen Antriebselektrode nach der Erfindung mit veränderlicher effektiver Fläche;

Fig. 4 ein weiteres Beispiel einer kreisförmigen Antriebselektrode nach der Erfindung mit veränderlichem Elektrodenabstand;

Fig. 5 ein weiteres Beispiel einer kreisförmigen Antriebselektrode in it veränderlicher Vor-, spannung;

Fig. 6 ein weiteres Beispiel einer kreisförmigen Antriebselektrode mit veränderlicher Dielektrizitätskonstante;

Unterlagen (Art. 7 § I Abs. 2 Nr. l Satz 3 des Änderungsges. v. 4.9. Y

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erfindungsgei^ässen Lautsprecherdnordnung zur Verbesserung des Strahlungsi/irkungsgrades im Nieüerireq.uenzbereich, und

Fig. 22 einen Querschnitt längs der Linie 22-22 in Fig. 21.

Die Erfindung kann nach drei Gesichtspunkten A, ß una C aufgeschlüsselt werden: A betrifft das elektrische .antriebssystem zur Stabilisierung und wunschgewässen .auswahl des Vibrcitionsmodus des mechanisch vibrierenden Elementes und dessen Vereinfachung;" B betrifft die Kontrolle der Charakteristiken der elektrischen Antriebskräfte in Abhängigkeit von der Frequenz während des elektrostatischen elektromechanischen Uuwandlungsvorganges des stabilisierten Vibrationsiuodus, je nach dein Zweck-oder den Verwendungsbedingungen; und C betrifft die Verbesserung bei der Umwarxlung von mechanischer Vibrations- in· akustische Energie.

Die folgende Beschreibung ist entsprechend gegliedert.

A. G-emäss Fig. 1 besteht ein elektrostatischer elektroakustischer Wandler gemäss der Erfindung aus einem mittig angeordneten vibrierenden Element 1, das aus einer dünnen Metallplatte oder einer metallisierten Kunststoffmembrane, beispielsweise eine elektrisch leitende Membrane aus ge-

Unterlagen (Art711 Abs.Ζ Nr.t Satz3desÄnderungseee,v.4«β.·>.

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teui Kunststoff, und einer festen oder Dreibelektrode biiw. Elektroden 2, die in der Nähe des vibrierenden Elementes 1 dieseuj gegenüber auf einer oder beiden Seiten angeordnet sind. Zwischen deiu vibrierenden Element 1. und der rintriebselektrode 2 γ/erden, wie in Fig. 2 dargestellt, eine Vorspannung 3 und eine Signalspannung 4 angelegt, und das Vibrationsglied 1 wird dazu gezwungen, elektrostatisch zu vibrieren. Ein Blockkondensator 5 und ein Schutzwiderstand 6 liegen zwischen der toechselstrom-Signalquelle 4 und der Gleich-Vorspannungsquelle 3, und ihre Relativwerte sind durch den Kraftfaktor oder die Proportionalitätskonstante zwischen der Signalspannung und der Antriebskraft in bekannter Weise korreliert. Erfindungsgeinäss wird dafür gesorgt, dass die Antriebskraft in gewünschter »veise verteilt werden kann.

Der Kraftfaktor wird durch £SE/d ausgedrückt, wobei d der Abstand zwischen den Elektroden ist, £ die Dielektrizitätskonstante, S die effektive Fläche der Elektrode, und E die Vorspannung. Dementsprechend kann die dein vibrierenden Element 1 zugeführte Antriebskraft je nach ftunsch dadurch verteilt werden, dass die Dielektrizitätskonstante "die Elektrodenfläche S, die Vorspannung E oder der Elektrodenabstand d variiert werden. Mit Ausnahme des η-ten Vibra-

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Unterlagen {Art. 7 SI Aba, 2 Nr. I Satz 3 des Änderungsgee. v. 4.9.J^ — — "

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tionsniodus kann kein Vibra tion sin odus auftreten, wenn die Verteilung des Kraftfaktors proportional der Hormalfunktion des Vibrationselementes 1 gemacht wird, d.h. J_n^η^) für die kreisförmige Membran nach Fig. 3 bis 6, Sin—ITr für eiüe rechteckige Membran, wobei J₀Cx) die Bessel-Funktion erster Art nullter Ordnung mit χ als Argument bezeichnet, oC_n der Wert der η-ten Wurzel ist, die die Gleichung J₀(x) = 0 befriedigt, a der Radius der kreisförmigen Membran oder die halbe Seitenlänge der rechteckigen Membran, und r der Abstand vom Mittelpunkt ist. In Fig. 5 ist mit ein Widerstand bezeichnet, und in Fig. 6 sind iiiit §1» 52, 53, 54, 55, 56 Dielektrika bezeichnet, die in dieser Aufeinanderfolge ansteigende Werte der Dielektrizitätskonstanten aufweisen.

Dementsprechend wird durch Verteilung der Antriebskraft in der oben beschriebenen Art eine stabilisierte Vibration in einem bestimmten Modus des Vibrationselementes erreicht.

Ferner wird gemäss Fig. 2 die Vorspannung 3 durch eine Gleichspannungsquelle geliefert, statt dessen können jedoch einige Kunststoffmembranen, wie eine Polycarbon^t-Membran, bei hoher Temperatur polarisiert werden, um die 'Antriebselektrode 2 zu polarisieren. Solche Materialien können jedoch nicht permanent geladen werden, einige von

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ihnen fallen mit der Zeit ab. Dementsprechend kann das System dadurch zum Arbeiten gebracht werden, dass die Antriebselektrode 2 periodisch oder durch Einschalten von Impulsen von einer Energiequelle geladen wird.

Es können auch Ladungen aufgrund von elektrostatischen Interelektroden-Kapazitäten verwendet werden. So kann der Schutzwiderstand 6 in Fig. 2 unendlich sein und beispielsweise nur während der Ladezeit angeschlossen sein, in Betrieb aber getrennt sein. Weil es einfach ist, Transformatoren mit relativ hohen Übersetzungsverhältnissen im Radiofrequenzbereich zu erhalten, kann stattdessen eine Halbwellen-Gleichrichtung durch die Vorrichtung gewäss Fig. 7 zur Erzielung der Vorspannung verwendet werden, die aus einem Hochfrequenz««wandler 7» einem Gleichrichter 8 und einem erfindungsgemässen elektroakustischen "Wandler 9 besteht. Es kann auch eine Impulslängen-Modulation oder eine Impulshöhenmodulation gemäss Fig. 8 verwendet werden. Für Gegentaktbetrieb gemäss Fig. 9 kann Vollweg-Gleichrichtung benutzt werden. In Fig. 8 ist R-j ein Integrierelement. Die Vorspannung ist eine Gleichspannungskomponente einer gleichgerichteten Wechselspannung.

Kurz, wenn die Antriebskraft proportional ist der Normalfunktion des Vibrationselementes 1 wird -der Vibrationsmodus

Neue Unteriaoen(Art7i1Ab%2Nr.1Satz3d«sXnderungsoe8.v.4.9.H ,

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stabilisiert. Wenn also η = 1 ist, kann die Vibration in. Phase über der ganzen Fläche stabil sein, während bei η = 1 eine Vibration mit Knotenpunkten stabil sein kann. Zusätzlich kann eine Vorspannung ohne dauernde Verwendung einer Gleichspannungsquelle erhalten werden.

B. Wenn der Kraftfaktor nicht entsprechend α gewählt ist, sondern eine Elektrode .oder mehrere Elektroden parallel zur Vibrationsmembrane oder -Platte wie in üblichen elektrostatischen Schallwandlern mit gleichförmiger Verteilung üblich, oder in einem elektroakustischen Wandler der Vibrationsmodus durch das Verfahren A stabilisiert ist, wenn eine Schallwand unendlicher Grosse verwendet wird, sind auf der Achse normal zum Vibrationselement die Charakteristiken des Wiedergabe-Schalldruckes in .abhängigkeit von der Frequenz in der Nähe der Grundresonanzfrequenz wie in Fig. 10 dargestellt, wo P den Wiedergabe-Schalldruck, ^ = 2<Tf, f die Frequenz, m die äquivalente Masse des Vibrationselementes, S die äquivalente Steife des Vibrationselementes und r_m der äquivalente mechanische Widerstand sind. Wenn die Masse des Vibrationselementes 1 genügend klein gemacht ist, hauptsächlich mit Rücksicht auf den Wirkungsgrad der elektromechani- ' sehen Umwandlung, wird die Masse des Vibrationseleuientes kleiner als die Massenkomponente des Strahlungswiderstandes

Unterlagen (Art 7 § I Abs. 2 Nr. 1 Satz 3 des Änderunfleg·· * * ·<" ϊ'·^;

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bei- niedriger Frequenz. Geniäss Fig. 11 wird also der Viandlerwirkungsgrad in dem Bereich über der G-rundresonanzfrequenz ^- Y § und unter Ka = 1 durch die Strahlungsiiupedanz bestimmt, und ist niedriger als im Bereich Ka >1. Dementsprechend kann eine im v/esentlichen geradlinige Kennlinie der elektroäkustischen Umwandlung über der G-rundresonanzfrequenz ^qpV § dadurch erreicht werden, dass die elektrische Hesinanzfrequenz, die durch die elektrostatische Kapazität des elektroäkustischen'Wandlers bestimmt ist, in einem etwas höheren Bereich gewählt wird, als die Resonanzfrequenz des Vibrationselement-es, indem eine elektrische Induktivität ausserhalb eingesetzt wird, um die Induktivität im elektrischen System anzuheben, wodurch sich eine Kompensation für den abfallenden Wirkungsgrad ergibt. Die Induktivität braucht nicht besonders eingefügt zu werden, ein einfacher und geeigneter elektrostatischer elektroakustischer Wandler kann dadurch geschaffen werden, dass die Induktivität aufgrund des Streuflusses im Ausgangstransformator ausgenutzt wird. ■

Wenn eine hohe Qualität der Schallwiedergabe-Charakteristik erforderlioh ist, kann die Masse des Vibrationselementes 1 grosser gemacht werden als der Strahlungswiderstand, ■und die Charakteristik gemäss Fig. 10 wird über dem ganzen Frequenzbereich erhalten.

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Weiter kann in diesem Falle mit Ausnahme der G-rundresonanzfrequenz 2VV"! ^e^^ne ge^radliüige CharaMeristik erhalten werden, zur Erzielung geradlinigerer und stabilerer Charakteristiken kann jedoch eine Bewegungs-Rückkopplung durch Stabilisierung des Vibrationsmodus geschaffen werden. So wird eine Spannung proportional der Vibrationsgeschwindigkeit dadurch erhalten, dass die Vibrationssuiplitude des Vibrationselementes 1 des Wandlers überwacht wird, die einen Kraftfaktor proportional der Normalfunktion hat, und zwar mittels einer Hilfselektrode 10 gemäss Fig. 12 oder 15, wobei eine Hochfrequenzleistung durch die Veränderung der elektrostatischen Kapazität zwischen dem Vibrationselement 1 und der Antriebselektrode 2 gemäss Fig. H amplituden- oder.phasen-moduliert wird, indem die Oszillationsfrequenz eines hochfrequenten Oszillators 11 gemäss Fig. 15 moduliert wird, oder indem die Beschleunigung der Vibration mittels piezoelektrischem Material 20 an einem Ende des Vibrationselementes 1 gemäss Fig. 16 Überwacht wird. Weil die Vibrationsgeschwindigkeit durch die erste Differentiation der Vibrationsemplitude erhalten wird, werden die Ausgangsspannungen in Fig. 12 bis 15 einmal differenziert, während bei Fig. 16 die Ausgangsspannung einmal integriert wird. In Fig. 14 und 15 bezeichnen 12 eine Resonanzspule, 13 einen Niederfrequenz-Block-

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Neue Unterlagen (Art.711 Ab*.2 Nr.! Satz3desÄnderungsges.v.4.9.1^f .

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kondensator, 14 eine Hochfrequenzdrossel, 15 einen Gleichrichter, 16 eine Drossel, 17 eine Triode und 18 einen Hochfrequenztransformator.

Durch geeignete Entzerrung der so erhaltenen Spannung und deren Bückkopplung an einen Treibverstärker kann die Charakteristik des tidηdlers kontrolliert werden und jede gewünschte akustische Impedanz gegen von aussen ankommenden Schall kann erreicht werden.

Fig. 17 dient zur theoretischen Erläuterung dieses Sachverhaltes.

Wird angenommen, dass Pq der Schalldruck ist, der auf der Fläche des Vibrationselementes des ftendlers 21 durch den von aussen kommenden Schall hervorgerufen wird, S die Fläche des Vibrationselementes, Z^ die mechanische Impedanz (wie oben erwähnt, sind die Charakteristiken über den ganzen Frequenzbereich gemäss Fig. 10 ausgebildet, wobei das Ganze ails einzelnes Resonanzsystem angenommen wird, % ^{= r}m ⁺ i***® ⁺ TST ' ^wo^^ei ^rm ^er äquivalente mechanische Widerstand des Vibrationselementes und j =y -1 bedeutet), e die Ausgangsspannung des Treibverstärkers 22, Gr-p die Verstärkung, e^ das elektrische Eingangssignal, Gp die Empfindlichkeit der die Vibration überwachenden Einrichtung 24, e die Äusgangsspannung (wenn die Vibrationsgeschwindigkeit

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Untertagen (Art 7 SI Abe. 2 Nr. I Salz 3 des Änderungen v. 4.9- V

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des Vibrationselernentes Aq ist, ist e = GpA-Q), Gg öle Verstärkung des Rückkopplungsentzerrers 23, e^ dessen Ausgangsspannung, P der Schalldruck auf der Achse normal, zum Vibrationselement (P = CqT, wo T = JwAq, Cq eine Konstante), und B der Kraftfaktor der elektromechanischen Umwandlung bedeuten, können die folgenden Gleichungen aufgestellt werden:

Die auf das Vibrationselement wirkende Kraft ist die Summe der elektrischen Antriebskraft, d.h. das Produkt ße 'des Kraftfaktors B und der Antriebsspannung e, und der Antriebskraft PqS aufgrund des äusseren .Schalldruckes.

Be + P₀S :..·..... ,. (1) Dementsprechend wird die Vibrationsgeschwindigkeit Aq

1 (Be + P₀S) ; ■ (2)

Dadurch wird die Spannung e^ überwacht, so dass

X- (Be..+ P₀S) . (3)

Die Ausgangsspannung e^ des RückkopplungsJSntzerrers 23, dessen Verstärkung Gg ist, wird

^ef ⁼

Dementsprechend wird die Eingangsspannung des Treibyerstärkers 22

e_± - e_f = e_t - GgG_p J- (Be + PqS) (5)

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Auf der anderen Seite ist die Ausgangsspannung

e = G-pCe.^ -Qf) (6)

Dementsprechend ergibt sich aus Gleichung (5)

·'· ^(ei" ^ef^{)(1 +} ZJfWT)^ = ^ei - 7-^W _: (8)

... _e± - e_f = J (e_± - ^G_EGpP₀S) (9)

Deshalb v/ird die Vibrationsgeschwindigkeit
^A0 " 4~^{(Be + P}0S) - ^- [^BGD^(ei - ef) +

gemäss Gleichung (3). Der Sohalldruok P auf der Achse ist dann

Dementsprechend arbeitet das System in der oben beschriebenen Vieise. (i) Im Falle Pq = 0 (von aussen kommender Schalldruok « 0).

Das System arbeitet als üblicher Lautsprecher, und wenn

^ Ζψ wird der nach aussen abgestrahlte Schalldruck P-i

Neue Unterlagen (Art./iiAbataNclSatzSdesÄnderungsgeS.V.^.S- ^4t —16-

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-L-e ■ ^ (12)

(rglxp

Wenn also Gr^juJ , oder wenn Eückkopplungsverstärker 23 ein Differenzialverstärker ist, kann P-i konstant sein, unabhängig von der Frequenz. Mit anderen Worten, P-j ist konstant, wenn die Rückkopplung proportional ist der Beschleunigung der Vibration.

Wenn GrgG-jiG-pB » Z^ nicht gilt, wird der nach aussen abgestrahlte Schalldruck P₂

^r2= ^JM)O0^

= JuJC₀BGp ^i ' (13)

Z + GGGB

Yfenn '

Gp, Cq, B und G-Q in Gleichung (13) konstant sind,

CfyBG-n = K-I ,ι GpG-nB = Ko

¹ (14)

f G-niKo
und wenn % - ^r _ffl + J^ ⁺ ~~ substituiert wird, dann

P₂ = j WK₁ '■ 1— Te₁ ■ (15)

¹ I +^ GK¹

Neue UnterlageniArt.yfi.Abs.aNr.isatzgdesÄnderunfleflwft* -17-

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Die Charakteristiken und die Verstärkung von (k, sind variabel, und der Schalldruck P auf der Achse verhält sich gemäss Fig. 18, wenn G™ = ; geaiäss Fig. 19, wenn GnJCo = rl konstant ist,

und geiuäss Fig. 20, wenn Gg]L? = jitfia¹ (s¹, r^ und m¹ sind Konstante). Jede gewünschte Charakteristik kann dadurch erhalten werden, dass G^K^oc w , ui ..., oder deren Kombinationen.

(ii) In dem Fall, dass e^ = O (elektrischer Signaleingang ist Mull). In Gleichung (1ü) wird, wenn e_i = O

\ Π ri Γ* Ώ I

I +

= P₀S JL(- J ) (16)

iA

jjie scheinbare akustische Impedanz Z^ des Vibrationselementes wird also

² ^ f ²M <^{1 +} 2-^W (17)

Die Gleichung (17) enthält die Verstärkung G-g, die willkürlich variabel ist, und dementsprechend kann die scheinbare akustische Impedanz des Vibrationselementes in grosseiu Umfang vergrössert oder verkleinert werden, oder kann eine gewünschte Phasendrehung gegenüber dem Eigenwert Z^/S erhalten.

Neue Unterlagen ιαλ ⁷ S'^Abs-^{2 Nn 1 Satz 3 des} Änderunssaes, v- 4.

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In diesen] Falle kann ein extrem grosser Frequenzbereich verwendet werden, weil der Vibrationsiuodus dieses Vitra tion seleiaentes stabil ist, wie erwähnt, und darüber hinaus ist die Konstruktion elektrostatisch, so dass ein besonders dünnes und flaches System hergestellt werden kann, töenn e^ und Jtq gleichzeitig vorhanden sind, handelt es sich um eine einfache Überlagerung der beiden Fälle.

j. Während unter 1 und B Verbesserungen und Kontrolle der Betriebseigenschaften von elektrostatischen elektroakustischer] Wandlern beschrieben si-nd, werden zu deren Verwendung als elektrostatische. Lautsprecher genügend grosse und feste S.challwände benötigt, besonders im Niederfrequenzbereich.

Im Niederfrequenzbereich, wo die Schallwellenlänge extrem gross "ΐΒΐ Vergleich mit der Grosse des Vibrationselementes ist, wird das Vibrationseleiuent als akustischer Dipol betrachtet, wenn keine unendlich grosse Schallwand vorhanden ist, und aarüber hinaus löschen sich Schalldrücke in grossen Abständen gegenseitig aus, und zwar wegen der einander entgegengesetzten Phasenlage der Vibrationen auf der Vorder- und der Rückseite des Vibrationselementes, wodurch der Schallabstrahl-Vdrkungsgrad herabgesetzt wird.

Das liegt daran, dass die Widerstandskomponente der Strahlungsimpedanz proportional ist der vierten Potenz der Frequenz. *

Neue Unterlagen {Art. 7 § 1 Abs. 2 Nr. I Satz 3 des Änderungsrjes ν 4 ~\J-

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IL eine Herabsetzung des Schall-Uüiwandlungs-viirkungsgrades zu "verhindern, wurde bisher allgemein eine Schallwand benutzt, una eine solche Schallwand musste extrem gross und fest sein, una trotzdem war es unmöglich, den Strahlungs-Wirkungsgrad kleiner Vorrichtungen zu verbessern.

Erfindungsgemäss ist jedoch der Vibrationsmodus stabil, und darüber hinaus die Konstruktion flach oder eben, so dass zwei akustische Wandler mit entgegengesetzter Phasenlage dicht beieinander angeordnet werden können, oder es können viele akustische wandler dazu verwendet werden, eine geschlossene Fläche zu bilden, wo sie nach Art des ütinens vibrieren, und die Vibrationsgeschwindigkeiten der Schallwellen lösohen sich gegenseitig auf der Mittelebene aus, so dass sich die gleiche Wirkung ergibt, wie die einer unendlich grossen Schallwand.

In Fig. 21 und 22 ist ein Beispiel eines Miniatur-Rundfunkempfängers mit dieser üusführungsform der Erfindung dargestellt.

Me Betriebslebensdauer des erfindungsgemässen elektrostatischen elektroakustischen Wandlers kann dadurch vergrössert werden, dass er ganz mit einem Kunststoffilm überzogen wird, der schalldurchlässig ist, so dass Staub daran gehindert wird, sich durch die hohen elektrischen Spannungsdifferenzen auf der Vorrichtung niederzuschlagen. Der Staub kann in einfachster

Neue Unteriagen {Art. 7 S1 Abs. 2 Nr. 1 Satz 3 desÄnderung«!«*.v.4.Γ -20-

809802/0325 "bad

Weise dadurch entfernt weraen, dass die Elektroden kurzzeitig mit hoher Frequenz schwingen, uuj eine Ultraschall-Vibration zu beviirken.

Neue Unteriagen (Art 7 £ 1 Abs. 2 Nr. l Sätz3desÄnderunaeges.v.4.f.' '!.

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Claims (26)

Patentansprüche;

1. Elektrostatischer elektroakustischer Wandler mit einer unterteilten üntriebselektrode und einexii Vitra tion se lernen t, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur, die Vorspannung, der Werkstoff, die Foruj und die Abmessungen der Antriebselektrode, der .abstand zwischen der Antriebselektrode und dem Viöraticnseleuent und aie Form und die abmessungen des Vibrationselementes so gewählt sind, dass die Verteilung der auf aas Vibrationselernent ausgeübten Kraft in jedem Punkt im wesentlichen proportional der Amplitude des freien Schwingungsiüodus (Horinalfunktion) des Vibrationselementes ist, so dass uer Schwingungsmodus des Vibrationselementes über einen grossen Frequenzbereich gleich ist.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vibrationsmodus des Vi üra tion se leinen tes bis in den hochfrequenten Schallbereich stabil in der gleichen Phase über das ganze Vibrationselement gemacht wird, indem η = 1 gemacht wird, unter einer Gruppe von Bedingungen wie J₀ r usw.

3. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vibrationsmodus des Vibrationselementes bis zum hochfrequenten Tonbereich in m-ter Ordnung über das ganze Vibrationseleuient stabilisiert wird, indem η = m gemacht wird, unter den Bedingungen der Gruppe J₀(CC_n r )_t Sin -—

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Unterlagen (Art. 7 § l Abs. 2 Nr. l Satz 3 des Anderungsaee. v. 4. B-Om ^ __

809802/0325 "_ßAD

4. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftfaktor dadurch verteilt wird, dass aie.effeKtive Fläche der Antriebselektrode aus gürtelartigen Anordnungen mit unterschiedlicher Breite aufgebaut wira.

5. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftfaktor dadurch verteilt wird, dass Köcher in eier Antriebselektrode vorgesehen v/erden.

6. Wandler nach Anspruch Ί, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftfaktor dadurch verteilt τ/ird, dass eine Steigung in der Antriebselektrode eines eleKtrcleitenden Netzes vorgesehen wird.

7. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftfaktor dadurch verteilt wird, dass der Abstand zwischen der Antriebseleketrode und dea Vibration se lenient unterschiedlich gestaltet wird. ·

8. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftfaktor dadurch beeinflusst wird, dass die effektive Dielektrizitätskonstante zwischen der Antriebselektrode und dem Vibrationselement beeinflusst wird.

9. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftfaktor dadurch beeinflusst wird, dass die Antriebselektrode aufgeteilt und die Vorspannung jedem Segment

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Neue Unterlagen lArt 7 § I Abs. 2 Nr. I Satz 3 des Änderungsges. v. 4.9. %9Sn

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itrode zugeteilt wird, und zv*ar über ein Element wie einen ,,iaerstand od.dgl., und diese an die isolierten Segmente der ^ntrieoGelektrode geliefert wird.'

10. »analer nach ünspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebskraft aadurch verteilt wird, dass die Signals^annung mittels eines Transformators geteilt wird, Uiii sie an isolierte Segmente der Antriebselektrode zu liefern.

11. Kandier nach Anspruch 1 oaer ein üblicher Wandler, uessen Kraftfaktor gleichförmig verteilt ist, und dessen Vibrationsele^ent durch eine permanente elektrische Ladung _betrieben wird.

12. Wandler nach Anspruch 1 oder ein anderer üblicher ^analer, dessen Kraftfaktor gleichförmig verteilt ist, und dessen Vibrationselement durch eine elektrische Ladung angetrieberfwird, die in eineiu elektrostatischen Kondensator gespeichert wird.

13. Wandler nach Anspruch 1 oder ein anderer üblicher (»analer; dessen Kraftfaktor gleichförmig verteilt ist, und dessen Vibrationselernent durch eine Kraft angetrieben wird, aie aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche Halbwellen-gleichgerichtete Hochfrequenzenergie enthält, die amplitudenmoduliert ist, und Impulsserien, die breitemuoduliert, höhenmoduliert oder dichtenioduliert sind.

!?5Π i-V-i. 7 iί ALs. 2 Nr, 1 Satz 3 des Änderungsges. v. 4.9.1957". -24-

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14. Wandler nach Anspruch 1 oder anderer Vvandler, dessen Kraftfaktor gleichförmig verteilt ist, und dessen 'Wandlerwirkungsgrad dadurch verbessert ist, dass der Abfall der Frequenzkurve kompensiert ist, der durch Verringerung der Masse de_vs Vibrationselementes verursacht ist.

15. Wandler nach Anspruch 1 oderfein anderer Wandler, dessen Kraftfaktor gleichförmig verteilt ist, und der ganz in it einem schalldurchlässigen Film überdeckt' ist, so dass kein Staub durch die hohen Potentialdifferenzen festgehalten werden kann.

16. Wandler nach Anspruch 1 oder ein anderer Wandler, dessen Kraftfaktor gleichförmig verteilt ist," und bei dem jeder durch ein starkes elektrisches Feld anhängende Staub dadurch entfernt wird, dass eine Ultraschall-Vibration der Antriebselektro'de bewirkt wird, indem die Vorspannung für eine kurze, geeignet bemessene Zeit mit hoher Frequenz schwingt.

17· Wandler nach Anspruch 1 oder ein anderer Wandler, dessen Kraftfaktor gleichförmig verteilt ist, von denen zwei dicht beieinander in entgegengesetzter Phasenlage angeordnet sind, um die !Richtcharakteristiken und die Abstrahlcharakteristiken im niederfrequenten Tonbereich zu verbessern.

18. Wandler nach. Anspruch Voder ein anderer Wandler, dessen Kraftfaktor gleichförmig verteilt ist, von denen viele

Neue Unterlagen (Art. 7 £ l Abs. 2 Nr. l Salz 3 des Anderungsges. κ 4. JL«K«

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so angeordnet sind, dass sie eine geschlossene fläche bilden, und aie in "atmender" weise betrieben sind, um die Richtcharakteristiken unci die übstruhlcharakteristiken im niederfrequenten Tonbereich zu verbessern.

19. Wandler nach Anspruch 1 oäer ein anderer wandler, uessen Kraftfaktor gleichförmig verteilt ist, bei dein ein Faktor aus der Gruppe xiUS lenkung, Geschwindigkeit, Beschleunigung una aeren KouMridtion des Vibriitionselementes überwacht •,im, Uw eine Bewegun&s-Rückkopplung au das Vibrationseleiuent au führen, so dass die Vibrationscharakteristiken kontrolliert werden, uu die Schailabstrahlungscharakferistiken, Schallempfjij^schcirakteristiken usw. zu kontrollieren.

20. banaler nach ,-inspruch 1 oder ein anderer üblicher '/,andler, dessen Kraftf^ktor ^leichföriuig verteilt ist, und uessen Vibrationselement durch automatische SchaItimpulse einer elektrischen Energiequelle zu geeigneten Zeiten angetrieben wird.

21. 'wandler nach Anspruch 1 oder ein anderer üblicher «andler, dessen Kraftfairtor gleichförmig verteilt ist, und dessen Vibrationseleiuent durch eine elektrische Ladung aufgrund einer elektrostatischen Kapazität zwischen dem Vibrationseleiuent und der ^ntriebselektrode automatisch bei bestimmten Zeiten angetrieben wird.

Neue Unterlagen. (Art. 7 £1 Abs. 2 Nr. l Satz 3 des ÄnderunflSttBS.¥.4.-ft.J*f *>c_

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22. Wandler nach Anspruch 1 oder ein anderer r..ndler, dessen Kraftfaktor gleichförmig verteilt ist, bei dem eine Vibrations-Überwachungseinrichtung auf gegenüberliegenden Seiten von Hilfselektroden vorgesehen ist, peripheren Teilen ües Vibrationselementes oder dem Vibrationselement, um die Vibration zu überwachen.

23. Wandler nach Anspruch 1 oder ein anderer Wandler, dessen Kraftfaktor gleichförmig verteilt ist, der mit Vibrations-Überwachungseinrichtungen ausgestattet ist, bei dem die Tragteile für das Vibrationselement aus piezoelektrischem Material bestehen, um Auslenkung, Geschwindigkeit, Beschleunigung des Vibrationselementes und deren Kombinationen durch den piezoelektrischen Effekt zu überwachen.

24. Wandler nach Anspruch 1 oder ein anderer Wandler, dessen Kraftfaktor gleichförmig verteilt wird, und bei dem.die Hochfrequenz durch die elektrostatische Kapazität zwischen dem Vibrationssystem und der Antriebselektrode amplitudenmoduliert ist, um den Faktor aus der Gruppe Auslenkung und Beschleunigung des Vibrationselementes und deren Kombination zu überwachen.

25. Wandler nach Anspruch 1 oder ein anderer Wandler, dessen Kraftfaktor gleichförmig verteilt ist, bei dem die Hochfrequenz durch die elektrostatische Kapazität zwischen dem Vibrationa system und der Antriebselektrode phasenmoduliert ist,

Neue Unterlagen (Art. 7 £ 1 Abs. 2 Nr. l Satz 3 des Änderungsgea. «-4»1_'-

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Uu. den Faktor aus der Gruppe auslenkung und Beschleunigung ues Vibrationssysteius und deren Kombination zu überwachen.

26. Wandler ndch Anspruch 1 oder ein anderer Wändler, üessen Kraftiaktor gleich!'öriuig verteilt ist, bei deiii die bchwingungsfrequenz eines Hochfrequenzoszillators durch die elektrostatische Kapazität zwischen deiü vibrierenden Teil und der .Antriebselektrode frequenzmoduliert wird, um den Faktor aus der Gruppe Auslenkung, Geschwindigkeit und Beschleunigung des vibrierenden Elewentes und eieren KouMndtion zu überwachen,

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