DE2059973A1 - Audiosystem mit elektrostatischem Lautsprecher - Google Patents

Description

PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERT, DIPLOMCHEMIKER"

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Köln, den 4. Dezember 1970 . Rö/Cl/248

Dayton Wrigit Associates Ltd., Toronto, Ontario, Kanada

Audiosystem mit elektrostatischem Lautsprecher

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Audiosystem mit einer Niederfrequenzspannungsausgangsquelle und einem ™

elektromechanischem Umformer, der einen Tonausgang besitzt, insbesondere einen im wesentlichen gleichmäßig belasteten elektrostatischen Lautsprecher und seine Abhängigkeit von der Hiederfrequenzausgangsleistung, durch die der Lautsprecher im Audiosystem betrieben wird. Insbesondere betrifft sie elektrostatische Lautsprecher mit drei Elektroden, die räumlich getrennt und parallel angeordnet sind, von denen wenigstens eine eine dünne bewegliche Membran ist. Zwischen der mittleren und den beiden äußeren Elektroden werden elektrostatische Felder erzeugt, die sich in Abhängigkeit von den Stromphasen entweder addieren oder gegeneinander wirken. · ä

Der Wirkungsgrad und die Natürlichkeit des Tonausgangs eines elektrostatischen elektoakustischen Umformers, d.h. eines elektrostatischen Lautsprechers, werden beide ver.^ößert und gesteigert, wenn die Fläche jeder der Elektroden groß im Vergleich zum Abstand zwischen ihnen ist, beispielsweise 6^5 cm zu 6,35 nun. Hierbei wird es wichtig, daß die Elektroden starr befestigt werden. Natürlich muß die bewegliche Membran physikalische Schwin-

gungen ausführen können, so daß siesich, wenn sie an ihrem Umfang gehalten wird, wie eine ebene Fläche, eine modifizierte Kettenlinie oder eine Kettenlinie bewegen kann, wenn die Frequenz des aufgeprägten Signals oberhalb, bei oder unterhalb der Resonanzfrequenz des Lautsprechers ist. Ferner gewährt die Verwendung von relativ dünnen Elektroden, sowohl in Bezug auf die Membranelektroden als auch die festen Metallelektroden, wie weiter unten beschrieben, eine hohe akustische Auflösung mit weitgehender akustischer Durchsichtigkeit, während die Beibehaltung eines schwachen Feldgradienten zwischen den Elektroden bewirkt wird. Wenn ein schwacher Feldgradient zwischen den Elektroden eines elektrostatischen Lautsprechers wie auch die parallele und starre Beziehung der Elektroden zueinander beibehalten wird, kann die Einheit mit hohen Feld- und/oder Nutzspannungsgradienten ohne Zusammenbruch der Oberflächenspannung und ohne dielektrisches Durchschlagen betrieben werden, bis die Durchschlagsfestigkeit des Mediums, in dem die Elektroden betrieben werden, erreicht ist.

Es ist ein Nachteil von bekannten elektrostatischen Lautsprechern, daß sie nicht bei hohen Nutzspannungen ohne das Risiko eines Zusammenbruchs der Oberflächenspannung betrieben werden können. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Verbindungen zur vorderen Elektrode eines derartigen Lautsprechers notwendigerweise mechanisch an dieser Elektrode bewirkt wurden. Neuerdings sind Elektroden aus perforiertem Metall oder Drahtgewebe, wie sie sehr oft in elektrostatischen Lautsprechern benutzt werden, zu Dekorationszwecken in Wänden usw. in Mode, so daß elektrische Verbindungen zu diesen Elektroden unansehnlich wurden, wenn allerdings die elektrostatischen Lautsprecher

hinter Gitter oder LautSprechergewebe uew. eingeschlossen sind, hat man hier allerdings keine Probleme.

Die elektrischen Eigenschaften von elektrostatischen Lautsprechern wurden außer für'die Anpassung des Lautsprechers an den Ausgang eines Niederfrequenzverstärkers bei einer gegebenen Frequenz sehr oft vernachlässigt. Die Üblichen Betrachtungen bezüglich der kapazitativen Ladung, des Abfalls der hohen Töne, usw. wurden ebenfalls üblicherweise in Betracht gezogen. Es wurden jedoch nur geringe Anstrer§ingen unternommen, um den elektrostatischen Laut- J

Sprecher und die damit verbundenen Steuerkreise als Rückkopplungsquelle zur letzten Stufe des Niederfrequenzausgangsverstärkers einzubauen, um hierdurch die Dämpfungscharakteristiken, die Einschwingvorgänge usw. des Niederfrequenzverstärkers zu verbessern,

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Audiosystem zu konstruieren, das einen elektrostatischen Lautsprecher enthält, so daß die oben genannten Nachteile vermieden werden.

Das erfindungsgemäße Audiosystem, das einen elektrostatischen Lautsprecher enthält, soll leicht zusammensetzbar f sein und einen leistungsstarken akustisch fehlerfreien Niederfreqüenzausgang liefern. Bei dem Lautsprecher sollen alle notwendigen elektrischen Verbindungen hierzu an einer Seite des Lautsprechers angebracht sein. Das Audiosystem soll eine Niederfrequenzspannungsausgangsquelle und einen elektromechanischen Umformer besitzen, der ein im wesentlichen konstantes Gleichstromladungsfeld besitzt, das ihm aufgeprägt ist. Weiterhin sollen verschiedene Alternativen zur Erzeugung eines Gleichstromfeldes

und zur Aufprägung eines Niederfrequenzsignals auf einen elektrostatischen Lautsprecher gefunden werden. Außerdem soll der Lautsprecher in einem anderen gasförmigen Medium als Luft betreibbar sein.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Audiosystem mit einer Niederfrequenzspannungsausgangsquelle und einem Mittel zur elektromechanischen Umformung, das mit der Quelle elektrisch verbunden ist, und einem Tonausgang, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein weitgehend abgeglichenes, in der Mitte abgreifbares Spannungsteilungsmittel mit der Spannungsausgangsquelle verbunden ist und der Abgriff über eine Gleichspannungsquelle und einen hochohmigen elektrischen Eingang zu einer beweglichen Membran in dem elektromechanischen! Umformer verbunden ist, wobei die Membran zwei Hauptoberflächen besitzt und elektrisch leitend mit hohem Widerstand über wenigstens einen wesentlichen Teil wenigstens einer dieser Hauptoberflächen ist und mechanisch zwischen im wesentlichen parallelen, mechanisch festen, elektrisch leitenden und akustisch im wesentlichen durchsichtigen Platten gelagert ist, wobei diese Platten mit der Niederfrequenzausgangsspannungsquelle elektrisch verbunden sind.

Jedoch kann auch eine Platte'zwischen zwei Membranen angeordnet sein und weiter die Platten einen hohen spezifischen Widerstand besitzen, während die Membran einen niedrigen spezifischen Widerstand aufweist. Dann sind die Stromkreise entsprechend abzuändern.

Die Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

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FIg. 1 ist eine Explosivdarstellung der hauptsächlichen Bestandteile einer Ausführung eines elektrostatischen Lautsprechers gemäß der Erfindung teilweise im Schnitt.

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines zusammengesetzten elektrostatischen Lautsprechers ähnlich dem von Fig. 1.

Fig. 5 ist ein Querschnitt längs der Linie J-^ von Fig.

Fig. 4 ist ein Querschnitt in Richtung der Linie 4-4 aus

Fig. 2. j

Fig. 5a ist ein Querschnitt längs der Linie 5-5 in Fig.

Fig. 5b ist ein Querschnitt ähnlich zu dem von Fig. 5&, der eine alternative bevorzugte Ausfuhrungsform des elektrostatischen Lautsprechers von Fig. 2 zeigt.

Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht im Schnitt eines Teils eines elektrostatischen Lautsprechers.

Fig. 7 ist ein vereinfachter Schaltkreis, der die elektrischen Verbindungen einer bevorzugten Ausführungsform des elektrostatischen Lautsprechers in einem Audiosystem S gemäß der Erfindung zeigt.

Fig. 8 ist ein vereinfachtes Schaltkreisdiagramm.einer bevorzugten Ausführungsform des Audiosystems, wobei ein elektrostatischer Lautsprecher ähnlich dem In Pig. I bis 6 gezeigten benutzt wird,

Fig. 9 zeigt ein weiteres vereinfachtes Schaltkreisdiagramm ΊθβίΠ/1791

für eine bevorzugte Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Audiosystems.

Fig. 10 und 11 zeigen vereinfachte Schaltkreisdiagramme für alternative Betriebsweisen des Audiosystems.

Pig. 12 ist ein vereinfachtes Schaltkreisdiagramm, das eine Form der negativen Rückkopplung in einem erfindungsgemäßen Audiosystem zeigt.

Fig. 13 zeigt ein vereinfachtes Schaltkreisdiagramm für eine weitere Form der negativen Rückkopplung.

Ein elektrostatischer Lautsprecher IQ ist in den Figuren 1 bis β dargestellt und in Fig. 8 angedeutet. Aus Gründen der Vereinfachung, wie später ausgeführt wird, ist eine vereinfachte Schaltkreisdarstellung des Lautsprechers 10 in den Figuren 7* 9, 10, 12 und 15 bei 12 gezeigt.

Der elektrostatische Lautsprecher 10 (und 12) enthält grundsätzlich eine dünne beigsame Membran 14 und zwei Metallelektroden l6 und 18. Wenigstens eine Seite der Membran Ik ist mit einer elektrisch leitenden Schicht mit hohem Widerstand bedeckt, die mit 20 und 22 bezeichnet ist (sh. Fig. 1). Die hochohmigen elektrisch leitenden Schichten auf der Oberfläche der Membran 14 können aus einer Graphitsuspension in einem geeigneten Vernetzungsmittel oder aus einer Kohlenstoff/ Molybdänsuspension oder einem anderen geeigneten Beschichtungsmittel mit hohem Widerstand, wie sie in der Lautsprechertechnik üblich sind, hergestellt werden.

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Die elektrisch leitende Schicht wird gewöhnlich als Suspension auf die erforderlichen Teile der Oberfläche der Membran gestrichen und getrocknet. Der Widerstand dieser elektrisch leitenden Teile auf der Oberfläche der Membran 14 ist wenigstens loo M Sl pro Flächeneinheit.

Die Eletroden 16 und l8 sind passend aus perforiertem Metall, Metallgitter oder Drahtgeflecht gebildet und mecanisch fest insbesondere im Vergleich zur Membran Jj

14. In der gezeigten bevorzugten Ausführungsform werden beide Elektroden 16 und l8 aus schal-enförmigen Teilen 24 gebildet. Jede Schale 24 besitzt einen im wesentlichen ebenen Boden, wobei die Böden der benachbarten Schalen 24, die eine der Elektroden l6 oder l8 bilden, im wesentlichen koplanar sind. Wie später beschrieben wird, wird bei dem bevorzugten elektrostatischen Lautsprecher, wie er in den Fig, 1 bis 6 dargestellt ist, sichergestellt, daß die Elektroden l6 und 18 mit der Membran 14, wenn sie sich in Ruhe befindet, parallel und mechanisch starr ausgerichtet, sind.

Das Material, aus dem die Elektroden l6 und l8 hergestellt werden, soll elektrisch leitend und im wesentlichen akustisch durchsichtig als auch mechanisch stabil sein. Die Elektroden l6 und l8 werden zweckmäßig in bekannter Weise gestanzt oder gepresst. Die Membran l4 kann aus einer Platte aus dünnem, biegsamen Plastikmaterial hergestellt werden, das eine genügende Reißfestigkeit besitzt, damit es beim Betrieb nicht zerstört wird. Für diese Zwecke eignet sich beispeilsweise Saran, Thiofilm (Wz) oder Mylar(Wz).

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Der in Pig. I dargestellte Lautsprecher Io besitzt zwei benachbarte schalenförmige Teile 24, die in jeder der Elektroden 16 und 18 gebildet sind, und zwei benachbarte leitende Teile 2o und 22 auf wenigstens einer der Oberflächen der Membran l4. Die Fläche, die von den leitenden Teilen 2o oder 22 bedeckt wird, ist wenig geringer als die Fläche eines der schalenförmigen-Teile 24,

Der Lautsprecher Io ist in Fig. 8 mit den verschiedenen schalenförmigen Teilen 24 und den leitenden Schichten 2o und 22 im Schaltbild dargestellt. Widerstände 26 sind in Fig. 8 schaltbildmäßig und in Fig. 1 bildmäßig dargestellt. Die Widerstände 26 sind innerhalb angemessener Fehlergrenzen gleich. Die Bezeichnung 16 oder l8 in Klammern hinter der Bezeichnung 24 in Fig. bezieht sich auf die Metallelektrode, in welcher sich der entsprechende schalenförmige Teil 24 befindet. Jeder der schalenförmigen Tfeile 24 in der Elektrode 16 ist elektrisch äquipotential mit dem anderen schalenförmigen Teil 24 verbunden. Ähnliches gilt für die Teile 24 der Elektrode 18. Bezüglich eines Verbindungspunktes 28, der an beiden Enden der Schaltkreisdarstellung des Lautsprechers Io in Flg. 8 dargestellt ist, sind die elektrisch leitenden Teile 2o und 22 der Membran 14, die einen hohen Widerstand besitzen, jeweils durch den Widerstand 26 elektrisch verbunden. Mit anderen Worten ist jede Hälfte des Lautsprechers Io elektrisch identisch mit der anderen Hälfte, diese Hälften sind daher durch/ein Schaltkreisdiagramm eines in Fig. 7 dargestellten Lautsprechers 12 gezeigt. Daher besitzt der Lautsprecher 12 Abschirmungen 224 (das Wort "Abschirmung" wird benutzt, um die schalenförmigen Teile

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jeder der Elektroden 16 oder 18 oder die Äquivalente hiervon zu bezeichnen); zusammen mit einer elektrisch leitenden Schicht 221 auf der Membran, die sich zwischen den Abschirmungen 224 zusammen mit Widerständen 226 an jedem Ende hiervon befindet. Daher wird in der Schaltkreisdarstellung des Lautsprechers 12 in den Fig. 9, lo, 12 und IJ die Darstellung des rechten Verbindungspunktes 228 ausgelassen, die elektrisch identisch zum linken Verbindungspunkt 228, aber physikalisch hiervon getrennt ist. Die elektromechanische oder elektroakustische Umformung versteht man leichter im Zusammenhang mit den vereinfachten Schaltkreisdarstellung insbesondere der Pig. 9 - 13, worauf weiter unten eingegangen wird.

Nachdem die elektrisch leitenden Schichten 2o und 22 auf wenigstens einer der Oberflächen der Membran 14 aufgebracht sind, wird die Membraa zwischen zwei Paaren von Endschalen 3o angebracht. Jede der Endschalen ist Üblicherweise durch Vakuumverformung aus einem geeigneten elektrisch isolierenden Plastikmaterial gebildet und besitzt Ausnehmungen "52 zur Aufnahme der Widerstände und eine Bohrung 34, durch die geeignete Befestigungsmittel wie etwa eine Schraube 36 geführt werden kann, um nachher mit einer Lötauschlußstelle 38 und eine Mutter 4o befestigt zu werden. In den Endschalen 30 sind üblicherweise Vertiefungen 42 eingeformt, um die Enden der Elektroden 16 und l8 wie in Pig. 3 dargestellt sau tragen,

Fig. 6 zeigt eine bevorzugte Aueführungeform für die Anbringung der Widerstand^ 26 im elektrischen Schalt-

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kreis des Lautsprechers 10, wobei die linke obere Endschale 30 aus Fig. 1 in Fig. 6 umgekehrt dargestellt ist. Die Membran 14 wird von wenigstens einem Teil der Unterseite (in dieser Darstellung die oben liegende Endschale 30) gehalten. Durch die Schraube 36, die durch eine Unterlegscheibe 37 geführt ist, wird eine elektrische Verbindung der inneren Anschlußdrähte jeder der Widerstände 26 bewirkt, während sich die äußeren Anschlußdrähte 44 der Widerstände 26 von der Schraube 36 in der dargestellten Weise weg erstrecken. Ein Blechstreifen 46 oder ein Streifen aus Silberfarbe oder einer anderen geeigneten leitenden Farbe oder Lackes erstreckt sich von jedem Anschlußdraht 44 zu der entsprechenden leitenden Schicht 20 oder 22. Eine gute physikalisch biegsame elektrische Verbindung von den Widerständen 26 zu den leitenden Teilen 20 oder 22 der Membran 14 wird hierdurch sichergestellt. Ähnliche mechanische und elektrische Verbindungen werden am arideren Ende, d.h. an der rechten Seite des in Fig. 1 dargestellten Lautsprechers angebracht.

Der Lautsprecher ist so zusammengebaut, daß die leitenden Teile 20 oder 22 der Membran 14 unter den schalenförmigen Teilen 24 der Elektroden l6 und 18 liegen. Die Elektroden l6 und 18, die Membran 14, die Endschalen 30 mit den Widerständen 26 und Schrauben 36 usw. werden dann mit den Seitenstreben 48 so zusammengebaut, daß die verschiedenen Elektroden, die Membran usw. die in den Fig. 1, 2, 3* 5a und 6 dargestellten zueinander in Beziehung stehenden Lagenbesitzen. Auf dem Rand jeder der Elektroden 16 und 18 wird an den Stellen, wo sie die Endsohalen 30 oder die Seltenstreben 48 berühren, und zwischen die Endschalen und den Seitenstreben

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Epoxyzement aufgebracht, um die Membran 14 als auch die Elektroden 1β und 18 sicher und fest in ihrer Lage zu halten.

Nachdem die Teile zusammengedrückt worden sind, läßt man den Epoxyzement aushärten. Andere geeignete Zemente oder Verbindungen können ebenfalls benutzt werden vorausgesetzt, daß sie keine ungewünschte Ton- oder elektrische InterföEenz während des Betriebs des Lautsprechers hervorrufen, wie später ausgeführt werden wird.

Der Lautsprecher kann mit einer Versteifungsrippe 50 J

versehen sein, die sich in der Mitte zwischen den schalenförmigen Teilen 24 von einer der beiden Elektroden 16 und 18 (oder beiden) erstreckt. Die Versteifungsrippe 50 wird durch Zement oder auf andere Weise an den Teilen der Elektrode, die sie berührt, und an der Membran 14 befestigt,· Daher liefert der mechanische Aufbau des elekisr-ostatisühen Lautsprechers aus Fig. 5*> in» wesentlichen zwei iLautspreeher Seite an Seite mit der Membran 14, -äle in jedem von ihnen starr gehalten wird, und eine Spannweite besitzt, die kleiner als eine halbe Breite der Membranspannweite aus Fig. 5a ist. Die Leistungsaufnahme eines Lautsprechers nach Fig. 5b ist daher gegenüber einem Lautsprecher nach Fig. 5a gesteigert, da die Schwingungsamplitude in der Mitte der Membran unter irgendwelchen gegebenen Strom/Feldbedingungen bei der Ausführungsform nach Fig. 5b geringer ist als bei der nach Fig. $ä.

Bezugnehmend auf die Fig. 2, 7 oder 8 wird bemerkt, daß die Verbindungspunkfee 28 oder 228 mechanisch durch Schrauben 36 erzeugt werden. Ähnlich wird der Verbindungspunkt 52 oder 252 üblicherweise mechanisch durch

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eine Schraube 54 mit einer Lötanschlußstelle 56, wie in Fig. 2 auf der Elektrode l6 gezeigt, bewirkt. Der Verbindungspunkt 58 oder 258 kann üblicherweise durch eine Schraube 60 zusammen mit einer Lötanschlußstelle 62 und einer Mutter 68 in der weiter unten diskutierten Weise bewirkt werden.

Die Schraube 60 erstreckt sich aufwärts durch ein Paar von ausgerichteten isolierenden Abstandshaltern 64, die sich auf jeder Seite der Membran 14 befinden. Ein weiterer Abstandhalter 66 kann oberhalb der Elektrode l6 so angebracht werden, daß sich die Lötanschlußstelle 62 in einigem Abstand über der Oberfläche der Elektrode 16 befindet. Die Mutter 68 wird auf die Schraube 60 gedreht, so daß durch die Unterseite des Schraubenkopfes, der die äußere Oberfläche der Elektrode 18 berührt, und die Unterseite der Mutter 68 und der Lötanschlußstelle 62 eine Befestigung bewirkt wird, so daß die Elektroden 16 und 18 mechanisch festgespannt werden, Durch die isolierenden Eigenschaften der Abstandshalter 64 und 66 ist die Lötanschlußstelle 62 mit der Elektrode 18 elektrisch verbunden, während sie gegenüber der Elektrode l6 isoliert ist. Die elektrische Verbindung zwischen jeder der Elektroden l6 und 18 wird üblicherweise auf einer Seite des Lautsprechers 10 oder 12 vorgenommen. Die Verbindungspunkte 28 oder 228 sind mechanisch auf derselben Seite des Lautsprechers 10 oder 12 durch Schrauben 36 zusammen mit Lötanschlußstellen 58 und Muttern 4o gelegen. Die Fig. 7 und 9 sind bis auf gewisse Ausnahmen identisch. Insbesondere wird hier ein Schaltkreis gezeigt, der einen Eingangs- , transformator I7 zu dem Audiosystemschaltkreis besitzt.

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Der Transformator besitzt einen Kern 72, eine Primärwindung j% und eine Sekundärwindung J6. (Der Niederfrequenztransformator 17 wird ebenfalls in den Figuren 8, 10, 11 und 13 gezeigt). Unter normalen Umständen ist der Niederfrequenztransformator 72 ein Aufwärtstransformator, in jedem Falle ist der Transformator eine Niederfrequenzspannungsausgangsquelle, in der eine Niederfrequenzspannung an der Sekundärwirkung j6 erscheint. Der Niederfrequenztransformator JO kann natürlich auch ersetzt werden durch transformatorlose, üblicherweise transistorisierte Niederfrequenzausgangsschaltkreise von einem Typ, wie sie in der Niederfrequenzverstärkertechnik üblich sind.

Bei dem Schaltkreis von Fig. 7 besitzt die Sekundärwindung 76 des Transformators 70 einen mittleren Abgriff 78 und einen Gleichspannungseingang 80 mit den Anschlüssen 81 und 83. Ein Widerstand 82 befindet sich in der Leitung zwischen dem Anschluß 83 und dem Verbindungspunkt 228 des Lautsprechers 12.

Die Sekundärwindung Jβ in Fig. 9 besitzt ebenfalls einen mittleren Abgriff 78 und eine Gleichstromquelle 280 zwischen dem Widerstand 82 und dem mittleren Abgriff 78, die Anschlüsse 8l und 83 besitzt. Zusätzlich besitzt aber die Gleichstromquelle 28Ο einen Widerstand 85t ^d©^r die Anschlüsse 8l und 83 überbrückt, Jedoch ist dieser Widerstand 85 nur gezeigt, um anzudeuten, daß die Gleichstromquelle so betrachtet vrerden kann, als habe sie eine sehr hohe Ausgangsimpedanz. Wenn natürlich die Spannung der Gleichstromquelle 280 absolut wellenfrei ist, ist es un möglich, eine Impedanz, wie sie durch den Widerstand 85 angedeutet ist, zu messen/Schließlich 1st eine Verbindung zur Erde 8*1- gezeigt, so daß der mittlere Abgriff 78 und der Anschluß 81 sich auf Erdpotential befinden»

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Es 1st nicht angedeutet, welcher der Anschlüsse 81 und 83 positiv und welcher negativ ist. Auch wird durch die Polarität der Wechselstromwelle der Betrieb des Audiosystems und insbesondere der Betrieb des Lautsprechers nicht beeinflußt. Die Abschirmungen 224 des Lautsprechers 12 in Fig. 9 befinden sich ebenfalls gleichstrommäßig auf Erdpotential. Das Potential der leitenden Schicht 221 auf der Membran des Lautsprechers 12 ist vorbehaltlich von Ladestrombedingungen und anderen extrem kleinen Stromflüssen während des Betriebes - alle, diese Strombedingungen können aufgrund der Widerstände 82 und,226 das Potential leicht beeinflussen - im wesentlichen das des Anschlusses 83 der Gleichstromquelle 280. (Bei dem Lautsprecher 12 wird im wesentlichen ein elektrostatisches Gleichstromfeld beibehalten, so daß die körperliche Einbringung der Membran 14 auf der einen oder der anderen Seite ihrer elektrisch leitende Schicht 221 und zwischen letzterer und einer der Abschirmungen 224 keinen Einfluß auf die Beibehaltung eines dazwischen befindlichen elektrostatischen Feldes hat.)

Der Widerstand 82 ist so gewählt, daß die Zeitkonstante des Kreises, der die Membran in Parallelschaltung zu den Elektrodenkapazitäten und überbrückt durch die isolierenden Widerstände 2β enthält, wesentlich länger als die Periode der niedrigsten Betriebsfrequenz ist, die dem Lautsprecher aufgeprägt wird. Der Widerstand 82 liegt im allgemeinen zwischen 50 und 100 MÄ ,

Die Sperrwiderstände 26 oder 226 werden so gewählt, daß die Zeitkonstante des RC-Kreises, der durch den Widerstand 26 oder 226 und die Kapazität des elektrostatischen Lautsprechers 10 oder 12 gebildet wird, in Bezug auf diese Kapazität - sie kann leioht bestimmt werden, wenn man alle Parameter bezüglich der Elektroden, deren Abstand

untereinander, der Durchschlagsfestigkeit usw. kennt so sein wird, daß während des Betriebs des Lautsprechers die Entladungseffekte, die sich an einer der hochohmigen leitenden Schichten auf der Membran ereignen können, den Betrieb (und die Ladung) auf der anderen hochohmigen leitenden Schicht auf der Membran nicht wesentlich verändern oder beeinflussen ,werden* Die beiden leitenden Schichten 20 und 22 der Membran I²I- sind, wie bereits erwähnt, in demselben Gleichstromladekreis miteinander verbunden. Die Sperrwiderstände 26 vermeiden jede Kapazitätsentladung oder Beeinflussung der einen leitenden Schicht durch die andere durch Wechselströme. Typische Werte für den j

Sperrwiderstand 26 liegen zwischen 20 und 100 MÄ . ™

Die Qualität der Gleichspannung, die von der Gleichspannungsquelle 8.0 oder 280 geliefert wird, kann variieren, jedoch ist gewöhnlich ein Hochspannungsgleichstromgene* rator vorgesehen, der eine Gleichspannung mit weniger als 10 % Wellen liefert. Der Effekt von Wellen, insbesondere bei einem hohen Prozentsatz von Wejllen im Gleichspannungsausgang, wo der Abstand zweier Maxima dieser Welle sich dem Abstand zweier Maxima der Signalspannung nähert, kann merklich sein, insbesondere wenn die Gleichspannung aus einer gleichgerichteten Wechselspannung erhalten wurde, deren Grundfrequenz innerhalb des Hörbe- Ä reiches und üblicherweise innerhalb von·60 bis 440 Hz liegt.

Im folgenden wird angenommen, daß jede der Abschirmungen 22h des elektrostatischen Lautsprechers 12 in Fig. 9 sich auf Erdpotential befindet, während die hochohmige elektrisch leitende Schicht 221 auf der Membran in Bezug zum Erdpotential negativ ist, so daß sich zwischen der leitenden Schicht 221 und jeder der Abschirmungen 227 ein nach

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außen gerichtetes elektrostatisches Gleichstromfeld in der durch die Pfeile 90 gekennzeichneten Richtung ausbildet. Es gibt daher zwei entgegengesetzt gerichtete elektrostatische Felder, jedes auf einer Seite der leitenden Schicht 221 der Membran l4. Wenn kein Wechselstromsignal auf die Abschirmungen 224 übertragen wird, ist das Audiosystem und insbesondere der Lautsprecher 12 ruhig, so daß kein Tonausgan·: vom Lautsprecher 12-erfolgt. Wenn man jedoch annimmt, daß ein lliederfrequenzsignal auf der Primärwindung 74 des Transformators 70 aufgeprägt ist, erscheint dieses über die Sekundärwindung 76. Zur Vereinfachung wird das Audiosystem nach Fig. 9 in einem bestimmten Zeitpunkt betrachtet und weiter wird angenommen, daß das Niederfrequenzsignal (ob es eine einfache oder komplexe Welle ist, ist gleichgültig) in dem betrachteten Zeitpunkt positiv ist. Da die Sekundärwindung 76 in der Mitte abgegriffen wird, ist das obere Ende der Windung J6 und die obere Abschirmung 224 positiv und das untere Ende der Windung 76 und die untere Abschirmung 224 negativ in Bezug auf die Erde 84, wenn man eine Polarität der Windungen 7^ ^und 76 so annimmt, daß das obere Ende der Windung j6 positiv ist, wenn das obere Ende der Windung 74 positiv ist.

Die Größe der Spannung am Ausgang der Gleichstromquelle 280 ist so gewählt, daß unter Bezugnahme auf alle physikalischen Parameter des elektrostatischen Lautsprechers 12 ein elektrostatisches Gleichstromfeld gebildet wird, wie es durch die Pfeile 90 schematisch dargestellt ist und das einen Feldgradienten von 10 bis 4c kV/2,54 cm besitzt. Die Hiederfrequenzspannungsausgangsquelle (in diesem Falle der Transformator 70) ist so gewählt, daß das Niederfrequenzsignal, das an

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die Abschirmungen 224 des Lautsprechers 12 angelegt wurde, am Maximum der Signalspannung ein monentanes Feld mit einem Feldgradienten bis zu 4o kV/2,64 cm liefert.

Durch den Effekt der auf die Abschirmungen 224 aufgeprägten Signalspannung hat das negative Signal auf der unteren Abschirmung 224 den Effekt einer momentanen Reduzierung des elektrischen Feldes zwischen der leitenden Schicht 221 und der unteren Abschirmung 224 mit dem physikalischen Effekt, daß die Membran gegen die untere Abschirmung 224 auszuschlagen beginnt. Das positive Signal an der oberen Abschirmung 224 hat zusätzlich einen additiven Effekt zum Gleichstromfeld, J das zwischen der leitenden Schicht 221 und der oberen Abschirmung 224 besteht. Die physikalische Wirkung dieses additiven Effekts des momentanen Signalfeldes auf das bestehende elektrostatische Feld besteht darin, daß die Membran 14 eine physikalische Schwingung von der oberen Abschirmung 224 weg in Abwärtsrichtung beginnt. Das heißt, daß das Tonsignal, das auf die Abschirmungen 224 vrie in Fig. 9 gezeigt gebracht wird, additiv bezüglich der bestehenden, durch die Pfeile 90 angedeuteten elektrostatischen Felder mit Rücksicht auf den nutzbaren Effekt auf die physikalische Bewegung der Membran l4 ist. Daher kann der Tonausgang vom Lautsprecher 12 und dem Audiosystem aus Fig. 9 in wirklich- % keitsnaher Zeit auf Grund der physikalischen Bewegung der Membran l4 unter dem Einfluß des bestehenden elektrostatischen Feldes und des diesem überlagerten Niederfrequenzfeldes realisiert werden. Bestimmte Probleme der Nachgiebigkeit, Beharrungsvermögen der Masse usw. der Membran l4 v/erden hier nicht untersucht. Solche Probleme, die direkt die physikalische Bewegung und mechanische Aufhängung der Membran betreffen, sind bereits in der Literatur diskutiert worden, sh. beispiels-

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weise die US-PS 3 135 838, 2 878 323, 3 008 013 und 3 C08 014. Wie bereits oben erwähnt, ist das Metall der Abschirmungen 224 - d.h. das Material der Metallelektroden l6 und 18 - so zu wählen, daß es mechanisch im wesentlichen starr und akustisch im wesentlichen durchsichtig ist.

Der mittlere Abgriff der Sekundärwindung J6 und die Gleichstromverbindung und der Windung zu den Abschirmungen 224 können mit einer physikalisch symmetrischen Anordnung des Lautsprechers 12 in Einklang gebracht werden. Auf diese V/eise können die gegeneinander ge-

™ richeten elektrostatischen Felder im Lautsprecher leicht

die
erzeugt werden. Die auf/ Abschirmungen 224 aufgeprägten Niederfrequenzsignale wirken dann additiv auf die gegeneinander gerichteten Felder, wie bereits oben ausgeführt wurde.

Die vorhergehenden Ausführungen sind auf Lautsprecher 10 und 12 und auf Schaltkreise, wie sie in den Figuren 7, 8 und 9 dargestellt sind, anwendbar.

Gemäß einer anderen, in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform wird das elektrostatische Feld zwischen Ab- £ schirmungen 223 erzeugt, die bezüglich eines Gleichstroms gegeneinander isoliert sind, aber im Sinne eines Wechselstroms miteinander elektrisch verbunden sind. Insbesondere gibt es einen mittleren Abgriff an einem Widerstand 85, der bei 84 geerdet ist. Im Sinne des Gleichstromteils dieses in Fig. 10 dargestellten Schaltkreises sind daher die Anschlüsse 81 und die damit verbundene obere Abschirmung 223 positiv in Bezug auf das Erdpotential. Entsprechend sind der Anschluß 83 und die untere damit verbundene Abschirmung 223 in Bezug auf das Erdpotential negativ. Es

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wird daher zwischen der oberen und unteren Abschirmung 223 in der Richtung, die durch den Pfeil 91 angedeutet ist, ein elektrostatisches Feld erzeugt. Gleichstromsperrkondensatoren 89 befinden sich zwischen den Anschlüssen 81 und 83 und der Erde. Die Kapazität der Kondensatoren 89 ist so geviählt, daß sie eine Wechselstromüberbrüclcung für irgendein Signal darstellen, das im Horfrequenzbereich liegt und auf sie aufgeprägt wird. Daher sind die Abschirmungen 223 im Wechselstromsinne elektrisch verbunden und im Gleichstrombsv;, elektrostatischen Sinne gegeneinander isoliert.

Die Abschirmungen 223 und der Ilembranbelag 225 des Lautsprechers I5 von Fig. 10 besitzen hohe bzw. niedrige Impedanzen. In dieser AusfUhrungsform bedeutet das, daß die Abschirmungen 223 einen hohen spez. Widerstand besitzen - in der Größenordnung von 100 M£1 oder mehr- und die leitende Schicht 225 auf der Membran einen niedrigen spez. Widerstand hat.

Die Abschirmungen können durch Überziehen einer mechanisch starren, akustisch durchsichtigen und elektrisch isolierenden Platte mit einer hochohmigen Schicht wie vorher ausgeführt hergestellt werden. Auoh kann der Überzug durch Vakuumaufbringung einer sehr dünnen Ä

metallischen oder Halbleiterschicht auf der Platte erzeugt werden. Die Membran kann eine Schicht mit niedrigein Widerstand- aus einem Material wie Metallfolie, leitende Farbe oder Lack besitzen, das im Arbeitsteil ihrer nutzbaren, eingehängten Fläche aufgebracht ist.

Im Schaltkreis der Fig. 10 liegen die Sperrwiderstände 182 zwischen dem Ausgang der Glcichspannungsquelle 280 und den entsprechenden hochohmigen Abschirmungen 223· Hier gibt es keinen separaten Widerstand, der im Sehaltkreis zwischen dem oberen Ende der Sekundärwindung Jβ . 109874/1791

und der Schicht 225 mit niedrigem Widerstand auf der Membran angebracht ist.

Es wurde bereits oben erwähnt, daß das zwischen den Abschirmungen 223 gebildete Feld aufwärts in Richtung des Pfeiles 91 wirkt. Das Feld ist hierbei die additive Kombination zweier Felder, nämlich des Feldes zwischen der unteren Abschirmung 223 und der Membran 225 und des Feldes zwischen der Membran 225 und der oberen Abschirmung 223·

Betrachtet man ein Signal, das auf die Nlederfrequenzspannungsausgangsquelle (d.h. dem Transformator 70) in Fig. 10 aufgeprägt wird, so ergibt sich eine momentane Bedingung für den Transformator, wenn das obere Ende der primären als auch der sekundären Windung J^ bzw. 76 positiv ist. Hierbei ist es zweckmäßig, daß untere Ende der Primär- und Sekundärwindungen zu betrachten, als seien sie mit dem Erdpotential verbunden. In jedem Falle wird das obere Ende der Sekundärwindung 76 positiv sein, während ein momentaner Feldgradient zwischen der leitenden Schicht 225 und den Abschirmungen 223 ausgebildet wird, so daß der Signalfeldgradient vom Erdpotential auf das höhere Potential gerichtet ist.' Daher ist der Signalfeldgradient von jeder der Abschirmungen 223 gegen die leitende Schicht 225 gerichtet. Betrachtet man jedoch das elektrostatische Feld und die Wirkung des Signalspannungsfeldgradienten hierauf, wie er jeweils zwischen den Abschirmungen 223 und der leitenden Schicht 225 auftritt, so sieht man, daß ein positives Signal auf der leitenden Schicht 225 in Bezug auf die untere Abschirmung 223 bewirkt, daß die Membran eine Aufwärtsbewegung von der unteren Abschirmung 223 weg beginnt, da das elektrostatische Feld von der unteren Abschirmung

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zur leitenden Schicht 225 aufwärts gerichtet ist. Entsprechend gibt es ein additives elektrostatisches Feld, .das sich von der leitenden Schicht 225 aufwärts gegen die obere Abschirmung 225 erstreckt. Wenn der Signalspannungsgradient zwischen diesen Elektroden in dem bestimmten Augenblick erscheint, ist die leitende Schicht 225 positiv in Bezug auf die untere Abschirmung 225 mit anderen Worten kann^; man die untere Abschirmung 225 als negativ in Bezug auf die leitende Schicht 225 betrachten - so daß daher die Wechselwirkung des elektrostatischen Feldes mit dem Signalspannungsfeld als eine Aufwärtsbewegung der Membran gegen die obere Abschir- M

mung 225 erscheint. Der nutzbare Effekt des Signalspannungsgradienten ist mit dem elektrostatischen Feld auf der Membran wieder additiv, so daß man eine Tonausstrahlung vom elektrostatischen Lautsprecher 15 hören kann.

Eine v/eitere Aus führung s form des erfindungsgemäßen Audiosystems ist in dem vereinfachten Schaltkreisdiagramm in Fig. 11 dargestellt, das einen Lautsprecher 15 besitzt. Die Wechselstrom- und Gleichstromteile dieses Schaltkreises sin& dieselben wie die in Fig. 10 mit dem Nutzeffekt, das ein aufwärts gerichtetes elektrostatisches Feld so betrachtet v/erden kann, daß es in der Richtung des Pfeils 591 erzeuct ist. Es sei jedoch bemerkt, daß in dem Schaltkreis von Fig. 11 Sperrwiderstände 582 mit der Ausgangsseite der Gleichstromquelle 280 mit deren Anschlüssen 81 und 85 verbunden sind und daß der Sperrwiderstand 582 in Reihe mit einem Eingangswiderstand 526 geschaltet ist, der in Reihe mit einer hochohmigen elektrisch leitenden Schicht 52I geschaltet ist. Die hochohmigen elektrisch leitenden Schichten 521 sind entsprechend auf einem Paar von Membranen

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angebracht, die so montiert werden, daß sie einen festen Abstand besitzen und eine so große mechanische Starrheit wie möglich haben, wenn sie sich im Ruhezustand befinden. Eine einfache, mechanisch starre und akustisch im wesentlichen durchsichtige Abschirmung 524 ist mechanisch und fest zwischen den Membranen befestigt, auf denen sich die leitenden Schichten,321, die einen großen Widerstand besitzen, befinden.

In dem in Fig. 11 dargestellten Audiosystem ist das elektrostatische Feld, dessen Richtung durch den Pfeil 391 angezeigt ist, über die Abschirmung 324 von der unteren zur oberen Membran gerichtet, wobei die Abschirmung 324 gleichstrommäßig sich auf Erdpotential befindet. Da die Abschirmung 224 starr und die Membranen beweglich sind, wenn das Gleichstromfeld zwischen den Membranen angeschaltet ist, ist daher eine der hochohmigen leitenden Schichten auf einer der Membranen (in diesem Fall der unteren Membran) in Bezug auf das Erdpotential negativ und die andäre positiv mit dem Nutzeffekt, daß ein momentaner Ausschlag jeder der Membranen gegen die mittlere Abschirmung 324 bewirkt wird. Wenn das Gleichstromfeld zwischen den Membranen im Schaltkreis der Fig. 11 eingeschaltet ist, wird der Abstand hierzwischen etwas geringer als im abgeschalteten Zustand.

Die elektrische Wirkungsweise des Audiosystems von Fig. 11 ist im wesentlichen die gleiche wie die in Bezug zu. Fig. 10 beschriebene. Eine Ausnahme besteht darin, daß jede der Membranen sich in Übereinstimmung mit der Wirkung der Wechselwirkung des Signalspannungs· feldgradienten mit dem Wechselstromfeld bewegt. Wie bereits oben ausgeführt, wird jedoch die Wirkung eines

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beispielsweise positiv verlaufenden Signals auf der Abschirmung 324 in Bezug auf jede der Membranen J21 additiv sein, so daß die Membranen jeweils in die eine oder andere Richtung zu einem bestimmten vorgegebenen Zeitpunkt bewegt werden.

Der elektromechanische Umformer, d.h. der elektrostatische Lautsprecher 12, .der in den Fig. 12 und 13 gezeigten Audiosysteme, die als vereinfachte Schaltkreise dargestellt sind, sind elektrisch mit einem negativen Rückkopplungseingang zur Niederfrequenzspannungsausgangsquelle verbunden. In Fig. 12 ist ein letzter Zwischenverstärker 102 dargestellt, der den Niederfrequenztransformator 70 speist, auf dessen Sekundärseite sich eine zusätzliche Windung 104 befindet. Ein Ende dieser zusätzlichen Windung 104 ist geerdet, während das andere Ende über einen Widerstand 106 mit dem Eingang zum letzten Zwischenverstärker 102 verbunden ist. Bei richtiger 'Wahl der Polarität der zusätzlichen Windung 104 auf der Sekundärseite des Transformators 70 wird eine negative Rückkopplung zur Signalleitung 108 gebildet. Das geerdete Ende der zusätzlichen Windung 104 ist natürlich auch mit den Abschirmungen 224 des elektrostatischen Lautsprechers 12 äquipotential verbunden. Die Vorgänge in diesem Schaltkreis sind dieselben wie die in den Schaltkreisen der Fig. 7, 8 oder 9> während die Windung der negativen Rückkopplung auf die letzte Stufe des Niederfrequenzverstärker, die ein Teil der Niederfrequenzspannungsausgangsquelle des Audiosystems ist, bekannt ist.

Entsprechend ist in Fig. 12 eine transformatorlose Niederfrequenzspannungsäusgangsquelle 110 dargestellt,

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di· einen (Hegentakt«ingang 112 und sich kreuzende negative Rückkopplungen 114, 116 besitzt. In diesem Falle erscheint die Ausgangsspannung der Quelle 110 über einen Spannungsteiler, der Widerstände 118 enthält, so daß ein weitgehend abgeglichenes, in der Mitte abgegriffenes Spannungsteilermittel mit der hiermit verbundenen Gleichstromquelle 28o erscheint. Die Verbindung zu den Abschirmungen 224 und der hochohmigen elektrisch leitenden Schicht 221 der Membran 14 des Lautsprechers 12 durch den Sperrwiderstand 82 und den Eingangswiderstand 226, die geblieben sind, wurde bereits weiter oben ebenso wie die Wirkungs- ^ weise des Schaltkreises ausgeführt.

Jeder der elektromechanischen Umformer 10, 12 oder kann in einem gasförmigen Medium betrieben werden, das keine Luft ist. Die Durchschlagsfestigkeit dieses gasförmigen Mediums ist vorzugsweise wenigstens gleich der von Luft. Im Falle eines Lautsprechers in der Ausführungsform 12 kann dieser dicht eingeschlossen werden, wobei" eine Membranseite oder -selten mit genügender Nachgiebigkeit usw. besitzt. Eine derartige Umschließung ist schematisch in Fig. 12 um den Lautsprecher 12 herum dargestellt und mit bezeichnet.

Bei dem in Fig. 11 dargestellten Lautsprecher ljj kann der hermetische Verschluß bei £04 vorgenommen werden, so daß zwei der Oberflächen des dichten Verschlusses als wesentlichen Teil die Membranen enthält, auf denen sich die hochohmigen leitenden Schichten J521 befinden. In jedem Falle soll aber das gasförmige Medium entweder eine größere oder eine geringere Dichte als Luft besitzen. Ein gasförmiges Medium, dessen Dichte

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erheblich größer als die von Luft und dessen Durchschlagsfestigkeit ebenfalls größer als die von Luft ist und das daher dem Lautsprecher beträchtlich geänderte akustische Qualitäten insbesondere bei niedrigen Frequenzen verleiht, ist Schwefelhexafluorid. Andere Medien können ebenso benutzt werden. Ein gasförmiges Medium mit einer Durchschlagsfestigkeit, die geringer als die von Luft ist, kann benutzt werden, vorausgesetzt, daß der Elektrodenabstand entsprechend gewählt wird.

Alle bisherigen Betrachtungen gehen von einem elektrostatischen Feld mit kleinem oder keinem Ladungsstrom aus, um das elektrostatische Feld aufrecht zu erhalten, nachdem der Lautsprecher in Betrieb genommen wurde. Das heißt, wenn die Gleichstromquelle, die ein elektrostatisches Feld erzeugt und beibehält, zunächst eingeschaltet wird und die Elektroden, mit denen sie verbunden ist, ungeladen sind, wird ein Ladungsstrom auftreten, bis die Elektroden geladen und das Feld errichtet ist. Da der Lautsprecher begrenzte Volumen- und Oberflächenwiderstände als auch eine endliche Größe besitzt, können sehr, schwache Ströme von der Gleichstromquelle zu den Elektroden fließen, um das elektrostatische Feld aufrecht zu erhalten.

Die errichteten und aufrechterhaltenen Felder können als gleichbleibende elektrostatische Felder angenommen werden, wobei der Stromfluß, der zur Aufrechterhaltung des elektrostatischen Feldes notwendig ist, unwesentlich im Vergleich zum Betrieb irgend eines der oben diskutierten Stromkreises ist.

Die elektrostatischen Lautsprecher in jedem der erfindungsgemäßen Audiosysteme arbeiten im wesentlichen Ii- ■ near in Bezug auf die Niederfrequenzsignalquelle. Dies

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wird im folgenden erklärt: Es wird angenommen, daß ein Feldgradient E zwischen den Elektroden erzeugt wird, die einen bestimmten konstanten Abstand d besitzen. Weiter wird angenommen, daß eine Spannung e an die Elektroden gelegt ist. Die Größe des Feldgradienten E ist proportional zum Abstand und zur Spannung, so daß folgt:

Έ = K₁ . e/d (1)

oder

E = K₂ . e, (2)

wobei K-, und K_? Systemkonstanten sind.

Als nächstes wird angenommen, daß es keinen bedeutenden Stromfluß im Ladestromkreis für das elektrostatische Feld gibt, so daß das elektrostatische Feld konstant ist und die Ladung, die es aufrecht erhält, ebenfalls konstant ist. Jede isolierte Ladung Q, die eine konstante Größe oder Größe pro Flächeneinheit besitzt, wird keine Wirkung auf den Feldgradienten haben. Die elektromotorische Kraft F'jedoch, die auf diese Ladung wirkt, ist proportional zur Größe der Ladung und dem Gradienten, so daß folgt:

F = K₃ (E . Q), O)

^ wobei K^, eine Systemkonstante ist. Daher ist

F = K^ . Q . K₂ . e, (4)

wobei K, eine andere Systemkonstante ist, und für konstantes Q

K₃ . Q . K₂ = K₄ (5)

und

F = K₄ . e. (6)

Wenn es daher ein konstantes elektrostatisches Feld mit einer konstanten Ladung und einem festen Abstand

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gibt, da· daher einen konstanten elektro* tätlichen Feldgradienten besitzt, ist die Größe der elektromotorischen Kraft, die auf die Ladung in dem Feldgradienten wirkt, proportional zu der auf das Feld angewandten Spannung, Die auf das elektrostatische Feld angewandte Spannung ist eine Spannung, die man von der Niederfrequenzspannungsausgangsquelle erhält, d.h. mit anderen Worten das Tonfrequenzsignal des erfindungsgemäßen Audiosystems.

Die. Eingangsimpedanz des elektromechanischen Umformers ist im wesentlichen kapazitativ. Eine resistive Komponente, die bemerkt werden kann, erscheint primär aufgrund des Strahlungswiderstandes des Umformers eher als das Ergebnis irgendeiner Massenreaktanz der Membran oder eine Reaktanz von aufgrund ihrer Nachgiebigkeit, da die Membran sehr leicht ist.

Das erfindungsgemäße Audiosystem arbeitet so, daß der Tonausgang vom Audiosystem nahezu direkt proportional zum Eingangssignal - in der ersten Stufe - zum Niederfrequenzverstärker ist, von dem die Ausgangsspannung erhalten wird, insbesondere wenn die Verstärkungsmittel zusammen mit einer negativen Spannungsrückkopplung verwendet werden, um eine zur Eingangsspannung proportionale Ausgangsspannung zu liefern. Mit anderen Worten ist insbesondere dann, wenn das die Ausgangsspannung liefernde Mittel insoweit relativ unempfindlich ist, wie Änderungen seiner Ladung betrachtet werden können und alle SpannungsVerluste und Leistungsbegrenzungen des Niederfrequenzverstärkers berücksichtigt sind - sogar diejenigen der höchsten Qualität - die Proportionalität des Tonausganges zum Eingangssignal bis zu einem sehr hohen Grade linear.

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Es sind zwar Niederfrequenzverstärker bekannt, die eine sehr hohe Qualität und ebenfalls eine hohe Proportionalität des Ausgangssignals relativ zum Eingangssignal besitzen, jedoch ist die Linearität des Niederfrequenzverstärkers sehr oft viel höher als die des Lautsprechers, den sie betreiben, mit dem Ergebnis, daß die Kosten des Audiosystems sehr oft im Verhältnis zur Qualität des Tonausgangs hiervon gegenüber den Kosten von anderen vergleichbaren Audiosystemen gemäß der Erfindung höher sind.

Das physikalische Anbringen der Elektroden und Membrane bei dem erfindungsgemäßen Umformer ergibt eine nur schwache Änderung im Feldgradienten zwischen dem Trägergerüst, insbesondere den Endschalen j50 und dem "aktiven" Bereich des Umformers, der die hochohmigen leitenden Teile der Membran'und die damit zusammenwirkenden Abschirmungen einschließt. Da das Audiosystem, das den Umformer beinhaltet, im wesentlichen eine konstante Ladungsverteilung aufxveist, ist die physikalische Wirkung der Membran oder Membranen proportional zu der aufgeprägten Niederfrequenzsignalspannung.

Der erfindungsgemäße elektrostatische Lautsprecher ist leicht und sicher zusammensetzbar, so daß ein richtiges Funktionieren gewährleistet wird. Alle elektrischen Verbindungen zu dem elektromechanischen Umformer, die bei dem erfindungsgemäßen Audiosystem notwendig sind, können auf nur einer Seite des elektrostatischen Lautsprechers vorgenommen werden. Desweiteren wird ein stabiles mechanisches Festklemmittel für einen elektrostatischen Lautsprecher geliefert, wobei der Wirkungsgrad, die Klarheit und die Leistungsaufnahme des Lautsprechers erhöht wird.

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Claims (11)

1. Patentansprüche

   JD) Audiosystem mit einer Niederfrequenzausgangsspannungsquelle und einem elektromechanischen Umformer, der mit der Quelle elektrisch verbunden ist, und einen Tonausgang, dadurch gekennzeichnet, daß ein weitgehend abgeglichener, in der Mitte abgegriffener Spannungsteiler (70) mit der Spannungsausgangsquelle verbunden ist und dieser Abgriff über eine Gleichspannungsquelle (80,-" 28o) und einen hochohmigen elektrischen Eingang (26, 22β) mit einer beweglichen Membran (14) in dem elektromechanischen Umformer (10, 12) verbunden ist, wobei die Membran (l4) zwei Λ

   größere Oberflächen besitzt und auf wenigstens einem ' ™ wesentlichen "Teil (20, 22) wenigstens einer dieser Oberflächen elektrisch leitend und von hohem spez. Widerstand ist und wobei die Membran (14) mechanisch zwischen im wesentlichen parallelen, mechanisch festen, elektrisch leitenden und akustisch im wesentlichen durchsichtigen Platten (ΐβ, 18). gelagert ist, wobei diese Platten (1β, 18) mit der Niederfrequenzspannungsausgangsquelle elektrisch verbunden sind-, .,->,.. .
2. 2. Audiosystem mit einer Niederfrequenzspannungsaus-

   gangsquelle und einem elektromechanischen Umformer, ä

   der mit der Quelle elektrisch verbunden ist, und einem Tonausgang* dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleichstromquelle mit hoher Ausgangsimpedanz, positiven und negativen Anschlüssen und einem geerdeten Mittelabgriff so geschaltet ist, daß der positive Anschluß in Bezug auf das Erdpotential positiv und der negative Anschluß in Bezug auf das Erdpotential negativ ist, der elektromechanische Umformer eine bewegliche Membran (l4) besitzt, die mechanisch zwischen einem '

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   Paar von im wesentlichen parallelen, mechanisch festen, elektrisch leitenden und akustisch im wesentlichen durchsichtigen Platten (16, 18) angeordnet ist, daß die Membran zwei größere Oberflächen besitzt und elektrisch leitend über wenigstens einen wesentlichen Teil wenigstens einer dieser Oberflächen ist, daß die negativen und positiven Anschlü.sse der Gleichspannungsquelle über hochohmige elektrische Eingänge (182) entsprechend mit jeder dieser Platten (16, 18) verbunden ist, wobei jede dieser Platten (l6, 18) zwei größere Oberflächen besitzt und elektrisch leitend mit hohem Widerstand über wenigstens einen wesentlichen Teil wenigstens einer dieser Oberflächen ist und daß eine Seite der Niederfrequenzspannungsausgangsquelle geerdet ist, während die andere Seite mit der elektrisch leitenden Oberfläche der Membran (14) verbunden ist.
3. 3. Audiosystem mit einer Niederfrequenzspannungsausgangsquelle und einem elektromechanischen Umformer, der mit der Quelle elektrisch verbunden ist, und einem Tonausgang, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleichstromquelle mit hoher Ausgangsimpedanz und einem positiven und einem negativen Anschluß und einem geerdeten Mittelabgriff so geschaltet ist, daß der positive Anschluß in Bezug zum Erdpotential positiv und der negative Anschluß in Bezug zum Erdpotential negativ ist, der elektromechanische Umformer eine mechanisch starre, elektrisch leitende und akustisch im wesentlichen durchsichtige Platte (324) und ein Paar von beweglichen Membranen (321) enthält, die auf beiden Seiten der Platte (324) so befestigt sind, .daß jede der Membranen (321) mechanisch im wesentlichen parallel zur Platte (324) und mit Abstand hiervon angebracht ist, die Oberfläche jeder dieser Membranen (321), die der Platte (324) zugewandt

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   ist, elektrisch leitend mit hohem spez. Widerstand Über xvenigstens einen wesentlichen Teil ihrer Flache ist, der negative und positive Anschluß der Gleichstromquelle über einen hochohmigen elektrischen Eingang (j526) entsprechend mit jeder der hochohmigen elektrisch leitenden Oberflächen der Membranen (321) verbunden ist, und daß eine Seite der Niederfrequenzspannungsausgangsquelle geerdet und die andere Seite mit der Platte (524) verbunden ist. .
4. 4. Audiosystem nach einer der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromquelle eine im we- J sentlichen konstante Ladung auf den hochohmigen leitenden Oberflächen der Membran oder Membranen (l4, 321) oder der Platten (ΐβ, 18) erzeugt.
5. 5. Audiosystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederfrequenzspannungsausgangsquelle eine negative Rückkopplung besitzt, mit der der elektromechanische Umformer (10, 12) elektrisch verbunden ist.
6. 6. Audiosystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet,' daß durch die Niederfrequenzspannungsausgangsqueile ein komplexes Niederfrequenzausgangs- f| signal erzeugt werden kann,- das eine Signal spannung besitzt, die einen Feldgradienten bis zu 4o kV/2,54 cm liefert, wobei die Gleichstromquelle (80, 28o) ein Gleichstromfeld mit einem Feldgradienten von 10 bis 4o kV/2,54 cm liefert. -
7. 7. Audiosystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromechanische Umformer wenigstens ein Paar von ausgefluchteten, hochgradig . isolierenden Abstandshaltern (48, 64) besitzt, die

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   jeweils auf einer Seite der Membran (l4) oder der Platte (324) und durch Zusammendrücken zwischen der Membran- oder Plattenoberfläche und der entsprechenden in Abstand davon angebrachten Platte (l6, 18) oder Membran (321) erhalten wird.
8. 8. Audiosystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, das es elektrisch leitende Mittel enthält, die sich durch ein Paar von ausgefluchten Abstandshaltern (64) erstrecken und elektrisch mit der Platte (18) oder Membran (321) auf einer Seite des Umformers mit elektrischen Verbindungsmitteln elektrisch verbunden und isoliert durch die Platte (16) oder Membran (321) auf der zweiten Seite geführt ist.
9. S. Audiosystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der hochohmige Eingang zu der elektrisch leitenden Oberfläche auf der Platte (324) oder Membran (l4) wenigstens 10 MQ und der spez. Widerstand dieser Oberflächen wenigstens 100 blQ. pro Flächeneinheit beträgt.
10. 10. Audiosystem¹nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromechanische Umformer hermetisch in einem gasförmigen Medium mit einer Durchschlagsfestigkeit, die wenigstens gleich der von Luft ist, eingeschlossen ist.
11. 11. Audiosystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Medium Schwefelhexafluorid ist.

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