DE2236219A1 - Elektrostatischer wandler - Google Patents

Description

Patentanwalt
E. S P E I D E L

D 8035 GAUTING

WALDPROMENADE 26 2236219

663 Stars ton Hagnetice Inc₀₅ Plaiaview, Long Island? NoYo_t USA

Elektrostatischer Wandler

Die Erfindung besieht »ich allgemein auf einen elektroeta«* tischen Wandler zwa Utawandeln elektrischer Energie in Sehelitfellen oder utagekehrt, und insbesondere auf eine» elektrostatischen Wandler für Lautsprecher oder Kopfhörer»

Bei eines elektrostatischen Lautsprecher ist das akustik sehe Slenent θir«Membran? die eine Kondensatorplatte darstellt und mit einer oder mehreren festen Platten eusam» aenwirkt, um einen Kondensator zu bilden« der von eines elektrischen Systeai, beispielsweise eines Audioverstärkers, gespeist wird« Veränderungen let Auegengesignal des elektrischen Sy at ata» veranlassen die Membran, sich synchron «it diesen zu bewegen» da die auf die Membran wirkenden Zug» und Druckkraft· Funktionen des elektrischen Potentiale, des Abstandes und des Dielektrikums sind,

Ee sind verschiedene Formen von elektrostatischen Wandlern bekannt» Der Wandler kann "einseitig" sein, wobei die elektrostatischen Kräfte nur auf einer Seite der Membran wirken_s oder "doppelseitig", wobei die Membran »wischen zwei festen Platten liegt, die elektrostatischen Kräfte also auf beiden Seiten der Membran wirken»

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Der Hauptvorteil von elektrostatischen Lautsprecher», verglichen alt den sogenannten dynamischen Lautsprechern« besteht darint daß dia Antriebskraft direkt ohne Verwendung eines Zwi β cheniiber trägere auf die Merabran Übertragen und in wesentlichen glelohfOrmig Aber die gesamte Fläche der Me»braη ausgeübt werden kann« und »war unabhängig von der Fora der Membrane» Dies hat zur Folge« da0 der elektrostatische Lautsprecher frei von Verzerrungen ist« die sonst dadurch entstehen, daß einige Bereiche der Membran nicht synchron mit den übrigen Teilen der Membran vibrieren, wie dies bei anderen Arten von Lautsprecher» der Fall ist.

Ue die Membran stets im richtigen Abstand von der Platte oder den Platten und isoliert von diesen sau halten« ist 98 bekannt« die Membran frei schwimmend zwischen den Platten anzuordnen, indem sie über ihre ganze Oberfläche von vorragenden, nachgiebigen Fasern oder Gumai getragen wird, siehe beispielsweise US-Patente 2 93* 611 »der 2 93* 612. Eine derartige Konstruktion ist zwar brauchbar« Jedoch hat sich in der Praxis herausgestellt, dafl es sehr schwierig ist, ein miverläseigee Material für die Abstandemittel zu finden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrostatischen Wandler zu schaffen, der verbesserte Wiedergabequalitäten hat und einen einfachen Aufbau aufweist.

Der erflndungsgewäfie elektrostatische Wandler let gekennzeichnet durch einen Rahmen aus elektrisch nichtleitendem Material mit einer zentralen öffnung, ein akustlaches Bleuen t mit einer Membran aus flexiblem Material, das in der

BAD ORIQJNAL

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Lage 1st, eine elektrische Ladung au tragen und das an seinem Umfang en einer Seitenfläche des Rahtaens angebracht ist und tait seinesa Mittelteil die Öffnung des Rahtaens über« spannt, eine perforierte Platte_s die ebenfalls in der Lage ist$ eine elektrische Ladung su tragen und die an der en« deren Seitenfläche des Rahmens engebracht ist und deren Oberfläche Kit einen Isolationsaaterial beschichtet 1st, Abstandsasittel aus scfea-unaguereiartagen Material In Form von einzelnen Kltsaspen,, die an der Platte befestigt eind und sich nahe u&m Umfang des Rahmens in die Rahmenuffnung er» strecken» und Anschlüsse an der Platte und en den sktsstischen Eleison t_p üb eine elektrostatische Kraft jewisches der Platte und dem akustischen Elesaeiot ersetsgers zu kanne» <>

Die Membran überdeckt die Rahmenüffnung lsi einem halb» schlaffen Zustand und die Schaumgummi »Klumpen oder ^FIoItken können so benessen sein« daß sie sich nicht über die ganze Breite des Hahtaens erstrecken» Sie können jedoch auch an dein akustischen Element anliegen _o

Die Rahmensffnung kann rechteckig sein, vobei die Abetendsmittel nahe jeder Ecke der Öffnung angeordnet werden«

Die Membran kann aus einer Plastikfolie bestehen„ deren eine Seite «it ©inea Metallfila beschichtet ist,

FUr "Bweiseitigon" Betrieb feönnen ein swelter Hahsen und oixse zweite perforierte Platte auf der mnderen Seite dee akustischen Bleaents symmetrisch zum ersten Rahesen und xur ersten Platte angeordnet werden» Von dieser zweiten Platte erstrecken sich wiederua Scheumgumiai-Flocken oder «Klumpen durch die Öffnung des zweiten Rahmens in Rieh» tung auf das akustische Element, wobei diese Flocken oder Klumpen denjenigen der ersten Platte gegenüberliegen.

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Di« Isolierbeschichtung der beiden perforierten Platten kann von einer Eloxalschicht gebildet werden.

Weitere Einzelheiten und Merkaale der Erfindung ergeben sich aue der folgenden Beschreibung in Verbindung alt den Zeichnungen« in denen ein bevorzugtes AuefUbrungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Es zeigtt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Stereokopfhörer© nlt erfindungsgeaäBen elektrostatischen Wandlern ,

Figo 2 eine Seitenansicht eines erfindungegeaäßen elektrostatischen Wandlers, angeordnet in einer Ohrvusohel des in Fig. 1 gezeigten Kopfhörers,

Fig. 3 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung der Einzelteile des erfindungsgeaäfien Wandlers,

Flg. k einen Teilschnitt des zusaaaengebauten Wandlers, und

Figo 5 ein eoheaetische» Schaltbild des erfindungsgem&Ben Wandlers.

In den einzelnen Figuren sind gleiche Teile alt den gleichen Be züge zeichen versehen«.

In Fig. 1 ist ein Stereo-Kopfhörer 10 dargestellt, der alt erfindungsgemäOen elektrostatischen Wandlern versehen ist. Der Kopfhörer 10 velst ein einstellbares Kopfband 12 auf, das an seinen Enden je eine Ohrausohel I*! trttgto Die Ohrmuscheln Ik sind identisch und eine derselben ist la Schnitt in Fig. 2 gezeigt.

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Jede Ohrmuschel weist ein Gehäuse \6 in Form einer konka» ven Schale auf₀ Ein Polster 18 aus Scbaumgirartai oder dergleichen umgibt die Öffnung der Schale, mn eine weich© An» lage ata Kopf des Benutzers zu erreichen und Geräusche von außen fernzuhaltenο Bin elektrostatischer Wandler 20 ist innerhalb der Sehale angeordnet und erstreckt sich über deren Öffnung« In diesen bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der elektrostatische Wandler "zweiseitig"« Die-i*'i;»k=> trischen Anschlüsse für den Wandler erstrecken sieh durch ein Universalgelenk 22, welches auch zur Befestigung der Ohrmuschel %k eai Kopfband 12 dient₀

Einseihaiten der konstruktion des Handlers 20 sied in Figo 3 und k gezeigt, Jeder Wandler 20 weist einen Reh-* nen 2k aus elektrisch nicht leitendem Material_p wie eineaa Kunststoff, »inesi Epoxyharz,, Glasfasaretoff und dergleichen aufο Der Rahmen Zk hat eine rechteckige For« und weist ein« zentrale rechteckige Öffnung 26 auf« Sine Metallplatte 28, die etwaa größer ist als die zentrale Öffnung 26 des Bahaens Zk₉ ist an der Außenseite 30 des Rah« eons Zk durch einen Klebstoff 32 befestigte Die Platte 28, die eine Vielzahl von LSehern 3k enthält, ist mit eine» Isoliermaterial beschichtete Die Beschichtung kann in Fora eines Lackauftrags erfolgen oder vorzugsweise von einer Eloxal schicht gebildet werden«, Ein® Eloxalachicht hat den Vorteil» daß das höchste Potential auf der Platte i« Bereich der Öffnungen entstehtο Bei der üblichen Lackieolie^ rung ist die Isolierwirkung ie Bereich der Öffnungen an geringsten« während bei einer Elojralbeschichtung die Iso·= lierwirkung an den Öffnungen am grüßten lato

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Bin· flexible Membran 36 in For« einer Hylarfolie (d.h. einer Folie aus Polyäthylenterephtalat) mit einer metallbeeohiohteten Fläche 38 iat über die Innere Seitenflache JiO de β Rahmens 24 gespannt. Die Membran 36 bat la ireaentliehen die gleiche rechteckige form wie der Rahmen 24„ Demzufolge weist die Membran 36 einen zentralen Bereich 44 auf, der die RahmenSffisung 26 überspannt und einen Uefangebereich 42, der an der Seltenfl&che 40 de* Rahnens 24 über deaaen gesamten Umfang geklebt iat. Die Meabran 36 wird dadurch in einem balbachlaffen Zuatand über dem Rahmen 2k gehalten. Die Membran iat «lan weder ae schlaff, wie wenn ale frei-eohwimmend aneeerdnet wäre, noch iat aie straff Ober den Rahmen gespannt. Wie erwähnt, iat die Seltenflache 38 der Membran Jt mit eine» Metall beschichtet, Diee kann durch bekannte Verfahren» «tie Vakuumbedampfung, erreicht werden, wodurch die Membran elektriaeh leitend wird.

Bine zweite flexible Plaetikfolie *6, wiederum aua PoIyathylenterephtalat, die in Form und OrUBe im weaentllchen identiaob mit der Membran 36 ist, liegt auf der metallbeaehiehteten Seitenfläche 38 der Membran 36 **t. Die metallbeaeblohtete Membran 36 und die Folie %6 bild·» mieammen daa akustische Bienent 39 dee erfiodungagemtteen Wandler« „ ,

Bin swelter Rahmes 48, der identicoh mit den Rahmen 2k iat, erstreckt eich fiber den Omf angabereich der Folie Der ümfangebereich der Folie 46 let an der betreffenden Seitenfläche dee Rahmens 48 befestigt, beispielsweise angeklebt. Bine svelte perforierte Platte 50, die identisch mit der Platte 28 Iat, ist mat der AuSoneeite des Rahnens

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48 angebrachtο Bine Anzahl von Miteinander fluchtenden Ltichern 52 ist in den verschiedenen Elementen des Wand= lers vorgesehen, durch welchen «loh Schrauben hindurcherstrecken kennen» Uta die Befestigung des Wandlers in den Lautapreehergehause.bzwο der Ohrmuschel zu vereinfachenα

Flocken oder Klumpen aus sehauaguaiBiartigea Material sind an den inneren Seitenflächen der Platten 28 und 50 angebracht und erstrecken sich durch die zentralen Öffnungen der benachbarten Kähnen Zh basw_o 48 auf die unbeschiehte<> te Seite der Neabran 36 bzw. auf die Folie 46 asu» Vie in Figo 3 gezeigt» sind an Jeder Platte vier Klumpen 54 la Bereich der Ecken der rechteckigen öffnungen der Hahnen 24 und 48 vorgesehen. Vie aus Fig« 4 ersichtlich ist,, liegen die Klumpen auf den beiden Seiten des akustischen Elements 39 einander gegenüber, sodafi das akustische Element gleichmäßig unterstützt 1st. Da die Klumpen nur an den Ecken der Rahaenttffnungen angebracht sind, haben sie einen geringetaugliche» Däsopfungeeffekt auf die Bewegung des akustischen Elements,, Sie gewährleisten jedoch einen in wesentlichen gleichnamigen Abstand zwischen den akustischen Element und den Platten 28 und 50 über deren gesante Oberfläche_o

Die Wirkungsweise des erfindungsgecsäQen Wandlers als Lautsprechereleaent ist scheaatisch in Fig« 5 dargestellt» Der Audioeingang für den Wandler wird in einen Aufwärts» transformator 56 eingespeist« der eine Sekundärwicklung aufweist,, deren Enden mit den Platten 28 und 50 verbunden sind. Die Sekundärwicklung 58 ist alt eine» Mittelabgriff 60 versehen„ der durch eine Polaris&tions»Spannungs~ quelle 62 mit dem akustischen Element 39 verbunden ist„

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Die den Hörer benachbarte Platta 28 wird alao auf Gleichstrom- und Wechselstroa-Erdungspotontial gehalten. Die Platte 50 wird auf Gleichatrom~Erdungapotential und auf einen Wechselstroapegel gehalten, der von dem Audiosignal beatiaHBt ist. Da β akustische Elenent 39 oder genauer gesagt die netallbeacbichtete Oberfläche 38 der Membran 36 wird auf eine« Gleichstrompegel entsprechend dar PoIarisationaspannung der Spannungequelle 62 und auf eine« Veohselstroapegel entsprechend der Httlfte desjenigen der Platte 50 gehalten. Veränderungen dea Wechselstronpegels verursachen Modulationen das elektrostatischen Feldes mwlschen de« akustischen Kiesent und den Platten 28 und 50 für den "sweiaeitigen" Betriab dea Wandlers.

Patentansprüche -

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Claims (1)

1. Pete« tansprttche

   Elektrostatischer Wandler, insbesondere für Kopfhörer oder Lautsprecher, gekennzeichnet , durch einen Bahnen (24) aus elektrisch nichtleitendem Material ait einer zentralen Öffnung (26); din akustisches Eleaent (39) mit einer Meoibran (36) aus flexib« lee Materials, daa in der Lage ist, eine elektrische Ladung zu tragen, und da β an seine» Utofasg (k2) an einer Seitenfläche (ko) des Rahraena (2k) angebracht ist und »it seinea Hittelteil (kk) die öffnung (26) des Rahmess (2k) überspannt: eine perforierte Platte (28)_c die ebenfalls in der Lage ist_e eine elektrische Ladung zu trage»_p und die an der anderen SeltenflfiL·» ehe (30) des Rahnens (2k) angebracht und deren Ober^ fläche Bit Isolationstnaterial beschichtet 1st; Ab« atandsasittel (5k) aus schautaguiaiaiartigaia Material im For» von einzelnen Klumpen, die an der Platte (28) befestigt sind und sich nahe des Iimenuefang des Rahmens (2k) in die Rahnenftffnung (26) erstrecken; und An» Schlüsse an der Platte (28) und an de» akustischen Sleeent (39), vaa eine elektrostatische Kraft zwischen der Platte (28) und dea akustischen Element (39) eraeu= gen zu könnenο

   2ο Elektrostatischer .Wandler nach Anspruch I₉ dadurch ge« kennzeichnet, daß. die Rahieenöffnung (26) rechteckig ist und daß die Abetandeeittel (2k) nahe jeder Ecke der Öffnung (26) angeordnet sind»

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   3» Elektrostatischer kandier nach Anspruch 1 oder 2, da«= durch gekennzeichnet, daß die Membran (36) aua einer Plaetikfolle besteht, deren eine Seite (38) mit einem Metallfilm beschichtet ist,

   4„ Elektrostatischer Wandler nach Anspruch 3· dadurch gekennzeichnet, daß die beschichtete Seite (38) der Me*·» bran (36) von einer »weiten Plaetikfolie (k6) überdeckt ist, die auf ihrer anderen Seite an einen aweiten Rahmen (48) angeklebt 1st» und daß eine »weite perforierte, aus elektrisch leitend·· Material bestehende und mit einer Xeolierbeschichtung versehene Platte (üo) auf der anderen Seite des zweiten Rahmens (kQ) angebracht ist, die mit Anschlüssen versehen ist.

   5«. Elektrostatischer Wandler nach Anspruch k_t dadurch gekennzeichnet, daft Abstandsmittel (5*0 aus schaumgummi» artigem Material sich von der zweiten Platte (50) in die zentrale öffnung des zweiten Rahmens (k&) erstrecken und mit den Abstandsmitteln ($k) der ersten Platte (28) fluchtenο

   6« Elektrostatischer Wandler naob Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß dia Isolierbeeohichtung der beiden perforierten Platten (28,50) von einer filoxalechicht gebildet 1st.

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