DE2207867B2

DE2207867B2 - Elektretmembran

Info

Publication number: DE2207867B2
Application number: DE19722207867
Authority: DE
Inventors: Walter 3001 Mellendorf Nickel
Original assignee: Sennheiser Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Sennheiser Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 1972-02-19
Filing date: 1972-02-19
Publication date: 1978-02-02
Also published as: DE2207867A1

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine polarisierte Membran für elektrostatische Wandler, eine sogenannte Elektretmembran. Membranen dieser Art bilden mit einer festen Gegenelektrode die einfachste Ausführungsform eines elektrostatischen Wandlers, wobei zur Erzielung der benötigten Kapazität die Membran metallisiert wird. Zum Stand_ der Technik gehören also Membranen, die mindestens'zwei Schichten aufweisen, wobei die Metallschicht durch Aufdampfen sehr dünn ausgeführt wird, um nicht die akustischen Eigenschaften zu verschlechtern. Die Elektretfolie bestimmt also einerseits aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften das Schwingungsverhalten und andererseits aufgrund ihrer elektrostatischen Eigenschaften die Polarisation

s und damit die elektrischen Eigenschaften des Wandlers.

Es hat sich nun herausgestellt, daß Folien mit guten

elektrostatischen Eigenschaften mechanisch instabil sind. Sie weisen als Nachteil einen sehr großen mechanischen Temperaturkoeffizienten auf, der beispielsweise bei Polytetrafluoräthylen, das unter dem Markennamen Teflon gehandelt wird, bei etwa 8,5 bis

10 χ ΙΟ⁵ liegt. Wird dieses Material als Träger der Elektretladung und gleichzeitig als Membran eines Kondensator-Mikrofons verwendet, so sinkt die Resonanzfrequenz einer derartigen Membran um 1 bis 2 Oktaven bei Erwärmung von 23° C auf 70⁰C. Dieser Effekt ist besonders störend bei Mikrofonen mit großem Volumen hinter der Membran und bei Druckgradientenwandlern.

Weiterhin ist es bekannt, daß Folien mit guten mechanischen Eigenschaften schlechte Elektreteigenschaften aufweisen, so zum Beispiel Folien aus Polyäthylentherephtalat, unter dem Handelsnamen Mylar bekannt.

Kunststoffolienmaterialien, die gleichermaßen gute elektrische und mechanische Eigenschaften aufweisen, sind bisher nicht bekannt geworden. In der GB-PS

11 35 998 werden ebenfalls die Nachteile der bekannten Folie £.us Mylar oder Teflon genannt und es wird empfohlen, als Membranmaterial eine Folie aus Polycarbonat zu verwenden, die gegenüber den anderen genannten Folien die besten Elektreteigenschaften aufweisen soll.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Verwendung der bekannten Materialien einen Wandler zu schaffen, aer die beschriebenen Nachteile wie Nachlassen der Polarisation einerseits und Erschlaffung der mechanischen Membranspannung andererseits nicht aufweist.

Die Erfindung geht aus von einer Elektretmembran für einen elektrostatischen Wandler bestehend aus mindestens zwei Schichten. Die Lösung ist gekennzeichnet durch eine Trägerschicht, deren mechanische Materialeigenschaften die Resonanzfrequenz der Elektretmembran im wesentlichen bestimmen, und einer Schicht aus Elektretmaterial, welche mit der Trägerschicht flächig verbunden ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert werden. Im einzelnen zeigt

F i g. 1 den Aufbau einer Elektretmembran nach der Erfindung,
F i g. 2 ein elektrisches Ersatzschaltbild der Membran, F i g. 3 eine abgewandelte Membranausführung nach Fig.!,

F i g. 4 eine Membran mit einer Metall-Trägerfolie,
Fig.5 eine vereinfachte Membran nach der Erfindung.

In der F i g. 1 ist ein elektroakustisches Wandlersystem mit einer Elektretmembran dargestellt. Sie besteht aus der Teflonfolie 1.0 mit ihrem leitenden Gegenbelag 1.1 und der freien Fläche 1.2 die im wesentlichen als Ladungsträger wirkt. Auf den leitenden Belag 1.1 ist

b5 außerdem, beispielsweise mittels des Klebers 2 das Trägermaterial 3 flächig aufgeklebt. Es sei in diesem Ausführungsbeispiel eine Mylarfolie. Das Trägermaterial trägt auf seiner Außenseite den leitenden Anschluß-

belag 3.1 für die Membran. Dieser Belag ist mittels des Kontaktringes 4 und im Bedarfsfalle mit einer nicht dargestellten Anschlußleitung an ein dem kapazitiven Wandler nachgeordnetes Verstärkerelement, beispielsweise einen Feldeffekttransistor angeschlossen. Der Ring 4 kann im Bedarfsfalle auch als Trage- und Spannring für die Verbundmembran 1 dienen, wenn die Membran auf ihm befestigt, beispielsweise aufgeklebt ist. Zwischen den leitenden Belägen 1.1 und 3.1 besteht eine Auskopplungskapazität. Sie ist durch die geringe ι ο Folienstärke des Trägermaterials 3 und dessen hohe Dielektrizitätskonstante eine Auskoppelkapazität, die erfahrungsgemäß 3 bis 8 mal größer ist als die eigentliche Kapazität des kapazitiven Wandlersystems. Der Fläche 1.2 der Membran 1 steht die Gegenelektrode 5 gegenüber. Sie kann in bekannter Weise aus beliebigem Material, beispielsweise mit elektrisch leitender Oberfläche 5.1 hergestellt sein und besitzt die notwendigen Schalldurchlässe 5.2. Die Flächen 1.2 und 5.1 bilden die eigentliche Wandlerkanazität des kapazitiven Wandlers.

Die Fig.2 veranschaulicht die Reihenschaltung der Wandlerkapazität zwischen den Flächen 1.2 und 5.1 mit der Auskoppelkapazität zwischen den leitenden Flächen 1.1 und 3.1. Der Pfeil 4 ersetzt in dieser Figur den Anschlußring4der Fig. 1.

Die Fig.3 zeigt ein anderes Beispiel des Erfindungsvorschlages. Die Membran besteht wieder aus der Teflonfolie 1.0 mit dem leitenden Belag 1.1 und der freien Fläche 1.2, die auch in diesem Beispiel im wesentlichen als Ladungsträger arbeitet. Das Trägermaterial 3 ist mittels des Klebers 2 flächig auf die freie Fläche 1.2 geklebt. Es sei wieder eine Mylarfolie. Sie deckt dabei die gesamte freie Fläche 1.2 ab und schützt diese zusätzlich noch gegen Feuchtigkeit und Schmutz. Mit 4 ist wieder der Kontaktring bezeichnet, der im Bedarfsfalle auch als Trage- und Anschlußring benutzt werden kann.

In Fig.4 besteht das Trägermaterial 3 aus einer Nickelfolie, auf der die Schicht 1.0 aus hochwertigem Elektretmaterial, beispielsweise Teflon, durch Spritzen oder Schweißen aufgebracht ist. Das metallische Trägermaterial 3 dient in diesem Beispiel gleichzeitig als leitender Anschlußbelag und bewirkt eine mechanische Stabilisierung, um die Rückwirkung von Temperaturschwankungen auszugleichen. Die Fläche 1.2 entspricht den Angaben zu der Beschreibung der F i g. 1 und 3.

Die Fi g. 5 zeigt die Aufsicht auf eine Teflonfolie aus hochwertigem Elektretmaterial. Die sichtbare Fläche

1.1 ist, wie zu Fig. 1 beschrieben, eine elektrisch leitende Fläche. Auf diese Fläche ist ein Trägermaterial

3.2 aus elektrisch leitendem mechanisch hochwertigen Material aufgebracht, beispielsweise aus Nickel. Es dient zur Temperaturstabilisierung der Membran wie zu F i g. 4 beschrieben. Das Gittermuster kann verhältnismäßig kräftig ausgeführt werden, um der Membran die notwendigen mechanischen Eigenschaften zu geben. Eine bevorzugte Herstellung für dieses Gitter ist das Aufbringen auf elektrolytischem Wege.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektretmembran für einen elektrostatischen Wandler bestehend aus mindestens zwei Schichten, gekennzeichnet durch eine Trägerschicht (3), deren mechanische Materialeigenschaften die Resonanzfrequenz der Elektretmembran im wesentlichen bestimmen, und einer Schicht aus Elektretmaterial (1.0), welche mit der Trägerschicht flächig verbunden ist

2. Elektretmembran nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Eigenschaften des Trägerschichtmaterials (3) in dem für die Anwendung eines Kondensator-Mikrofons vorgesehenen Temperaturbereichs um -JO⁰C bis gegen 8O⁰C weitgehend temperaturunabhängig sind.

3. Elektretmembran nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht (3) aus einer Metallfolie mit einem geringen mechanischen Temperaturkoeffizienten besteht.

4. Elektretmembran nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht (3) aus einer Metallfolie aus Titan oder Nickel besteht.

5. Elektretmembran nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht (3) aus einer Metallfolie den elektrischleitenden Gegenbelag der Elektretschicht (1.0) bildet (F ig. 4).

6. Elektretmembran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht (3) aus einer Folie aus Polyäthylenterephtalat (u. a. Handelsname Mylar) besteht.

7. Elektretmembran nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht (3) auf den leitenden Gegenbelag (1.1) der Elektretschicht (1.0) aufgebracht ist und auf der der Elektretschicht abgewendeten Seite einen leitenden Anschlußbelag (3.1) trägt, der mit dem Gegenbelag (1.1) der Elektretschicht (1.0) eine Auskoppelkapazität bildet, die das Auskoppeln des niederfrequenten Signals aus dem Wandlersystem bewirkt (F i g. 1).

8. Elektretmembran nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektretschicht (1.0) zwischen dem leitenden Gegenbelag (1.1) und der Trägerschicht (3) angeordnet ist (F i g. 3).

9. Elektretmembran nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht eine gitterartige Struktur (3.2) aufweist (F i g. 5).

10. Elektretmeinbran nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine eine gitterförmige Struktur aufweisende Trägerschicht aus Metall galvanisch auf der Elektretschicht aufgebracht ist.