DE2253721B2 - Elektrostatischer elektro-akustischer wandler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrostati- $chen elektro-akustischen Wandler, dessen eine Elektrode zur Bildung der Vorspannung aus einem Elektrelen besteht.

Bei einem bekannten kapazitiven elektro-akustitchen Wandler (DT-AS 14 37 486) ist der Elektret in Form einer dünnen schwingenden Folie ausgebildet, welche zwischen zwei leitenden perforierten Platten als Mittelelektrode geschaltet angeordnet ist. Unter dem Einfluß einfallender Schallwellen gerät die Folie in Schwingung, so daß die Abstände zwischen den Elektroden bzw. zwischen den elektrischen Ladungen auf den Elektroden verändert werden und elektrische Ströme erzeugt werden, die den einfallenden Schallwellen entsprechen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Empfindlichkeit von elektro-akustischen Wandlern zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Kombination eines kapazitiven elektro-akustischen Wandlers mit einem piezoelektrischen elektro-akustischen Wandler erfüllt, indem bei einem Wandler der eingangs genannten Art die feste Elektrode den Elektreten bildet, während die bewegliche Elektrode aus einer Folie besteht, die mit einem Material mit piezoelektrischen Eigenschaften verbunden ist.

Piezoelektrische Wandler sind bekannt. Ein derartiger Wandler (F i g. 1) weist eine Folie 1 aus piezoelektrischem Material auf. An beiden Seiten der Folie 1 sind Metallschichten 2 und 2' aufgedampft und als Elektrode in einen elektrischen Stromkreis geschaltet. Die Wirkungsweise des bekannten piezoelektrischen Wandlers wird an Hand der F i g. 2 erläutert, in welcher ein piezoelektrisches Element gezeigt ist, welches von einem elektrischen Feld in Richtung B durchsetzt wird und in Richtung C eine dem elektrischen Feld entsprechende Kontraktion durchführt. Entsprechend gilt, daß ein in Richtung C verformtes piezoelektrisches Element ein elektrisches Feld in Richtung B erzeugt.

Bedingt durch die Kombination der beiden bekannten Wandlerarten ist durch die Erfindung ein Wandler geschaffen, dessen Empfindlichkeit sowohl übei die des einen als auch die des anderen Wandlers hinaus erhöht ist.

F i g. 1 ist eine Querschnittsansicht eines bekannten Wandlers, dessen Schwinger ein piezoelektrisches Material aufweist:,

F i g. 2 ist eine schaubildliche Darstellung eines piezoelektrischen Elements, die zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem elektrischen Feld und der Kontraktion des Elements dienen soll;

Fig. 3 ist eine Querschnitlsansicht eines bekannten kapazitiven elektro-akustischen Wandlers,

Fig.4a und 4b zeigen Querschnittsansichten eines elektrostatischen elektro-akustischen Wandlers gemäß der Erfindung;

F i g. 5 zeigt eine Querschnittsansicht einer abgewandelten Ausführungsform eines elektrostatischen elektro-akustischen Wandlers gemäß der Erfindung;

Fig.6 zeigt die Schaltung zum Wandler gemäß F ig. 4;

Fig. 7 zeigt die Schaltung zum Wandler gemäß

F i g. 5;

Fig.8 zeigt eine Querschnittsansicht eines elektrostatischen elektro-akustischen Wandlers gemäß der Erfindung, der als Kopfhörer ausgebildet ist.

Bevor die Erfindung an Hand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben wird, wird eine Ausführung eines bekannten kapazitiven elektro-akustischen Wandlers an Hand der F i g. 3 beschrieben, um auf diese Beschreibung aufbauend die wesentlichen Merkmale der Erfindung klarer herausstellen zu können.

In F i g. 3 ist ein Schwinger 3 aus einer Schwingfolie 4 und einer an der Schwingfolie 4 angebrachten Elektrode 5 zusammengesetzt. Eine feste Elektrode ist aus einem Ebktret 7 und einer Gegenhalteplatte 8 zusammengesetzt. Die dem Schwinger 3 zugewandte Fläche des Elektrets 7 ist positiv geladen gezeigt, und entsprechend ist die gegenüberliegende Fläche des Schwingers 3 negativ aufgeladen gezeigt. Die Gegenhalteplaue 8 ist mit einem Anschluß der Sekundärwicklung eines Transformators 15 verbunden, während die Elektrode 5 des Schwingers mit dem anderen Anschluß der Sekundärwicklung des Transformators 5 verbunden ist. Wenn eine feste Elektrode in einem kapazitiven elektro-akustischen Wandler verwendet wird, ist eine Gleichstrom vorspannung erforderlich. Wird jedoch eine feste Elektrode mit einem Elektret verwendet, braucht keine Gleichspannungsvorspannung angelegt zu werden.

Wensi ein Wechselstromsignal von einer Signalquellc 16 an die Primärwicklung des Transformators 15 angelegt wird, ändert sich die Ladungsverteilung an der festen Elektrode 6, so daß Kräfte zwischen der festen Elektrode 6 und dem Schwinger Z entstehen und der Schwinger 3 entsprechend dem angelegten Wechsclstromsignal schwingt.

Nachstehend wird eine Ausführungsform eines elektrostatischen elektro-akustischen Wandlers gemäß der Erfindung an Hand der Fig.4a und 4b beschrieben. Eine feste Elektrode 9 besteht aus einem Elektret 10 und einer Halteplatte 11. Der Elektrode 9 steht ein Schwinger 12 gegenüber, der aus einer Schwingfolie 14 und einer Elektrode 13 besteht. Die Oberfläche der festen Elektrode 9 bzw. des Elektret 10 ist positiv geladen gezeigt und entsprechend ist die Oberfläche der Elektrode 13 negativ geladen gezeigt. Der Schwinger 12 ist zur festen Elektrode 9, bedingt durch die Anziehungskraft der elektrostatischen Ladungen an dem Elektret 10, hin deformiert.

Wenn ein Wechselstromsignal der Signalquelle 16 über den Transformator 15 an die Elektrode 9 angelegt wird, ändert sich die Ladungsverteilung an der Elektrode, so daß der Schwinger 12 zufolge der elektrostatischen Kräfte schwingt. Da die Schwingfolie 14 aus einem piezoelektrischen Material besteht, verformt sie sich auf Grund ihrer piezoelektrischen Eigenschaften.

)e nach Polarität des Wechselstromsignals schwingt

bzw. verformt sich die Schwingfolie 14 zwischen den in F i g· 4b mit ausgezogenen bzw. mit unterbrochenen Liftien gezeigten Stellungen. Um die Änderung der Wölbung bzw. Krümmung der piezoelektrischen Schwinglolie unter dem Einfluß der elektrosiatischen Kräfte »erstärkt auszunützen, kann der Schwinger 12 mit einer Krümmung im zusammengezogenen Zustand der Schwingfolie 14 ausgebildet sein.

Die Erfindung kann auch auf einen elektro-akustilchen Gegentaktwandler angewendet werden, wie er in F i g- 5 dargestellt ist. Die dort gezeigte Ausführungslorm weist zwei feste, aus einem Elektret und einer tlektrode zusammengesetzte Elektroden 9 an gegeniberliegenden Seiten des Schwingers 12 auf, die mit der Sekundärwicklung des Transformators 15 verbunden »nd. Die Elektrode des Schwingers 12 ist mit dem einen Anschluß der Sekundärwicklung des Transformalors 15 verbunden. Die Elektret«¹ der Elektroden 9 sind Huf ihren gegenüberliegenden Flächen entgegengesetzt geladen, d. h. der links gezeigte Elektret ist positiv und der rechts gezeigte Elektret negativ geladen.

Neben der reinen Schwingung des Schwingers 12 unter dem Einfluß des elektrostatischen Feldes bzw. des Schalls entwickelt der Schwinger weiterhin eine Verformung auf Grund seiner piezoelektrischen Eigenschaften. Die Schwingfolie kann mit einer Krümmung oder Wölbung ausgebildet oder an wenigstens einer Stelle festgelegt sein, beispielsweise kann sie an einem mittleren Teil gehalten sein.

Die zu den Wandlern gemäß den F i g. 4 und 5 gehörenden Schaltungen sind in den F i g. 6 und 7 wiedergegeben, dabei handelt es sich um Stromkreise, bei denen zwei oder drei Kondensatoren parallel geschaltet sind. Unter Verwendung des bereits beschriebenen Schwingers !2 und der bereits beschriebenen Elektrode mil einem Elektret 10 und einer Halteplatte 11 ist ein Kopfhörer, wie in F i g. 8 gezeigt, hergestellt worden. Die bereits beschriebenen Elemente sind zwischen Schutzplatten 17 und 18 angeordnet, wobei die Schutz-

ίο platte 18 Schalldurchgangslöcher 19 aufweist, zwischen den beiden Elementen sind ringförmige Abstandsteile 20. 21 und 22 angeordnet, um die einzelnen Elemente voneinander zu trennen. Der Schwinger 12 ist mittels einer Packung 23 zwischen den Abstandsteilen 21 und 22 abgestützt. Der Abstand zwischen dem Schwinger 12 und der festen Elektrode beträgt 1 mm.

Wenn der auf diese Weise ausgebildete Kopfhörer mit einem handelsüblichen Plattenspielerverstärker verbunden wurde, wurde ein ausreichender Tonausgang erhalten, obwohl weder eine Gleichstronnorspannung noch ein Transformator verwendet wurden. Im Gegensatz dazu wurde bei einem kapazitiven clektro-akustischen Kopfhörer, bei welchem eine Polyesterfolie mit gleicher Dicke wie die piezoelektrische Polyvinylidenfluoridfolie als Schwinger verwendet wurde, kein ausreichender Tonausgang erhalten. Dies war erst der Fall, als ein Transformator zwischengeschaliet wurde, um die Spannung des Eingangssignals um etwa das Dreißigfache zu erhöhen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Elektrostatischer elektroakustischer Wandler, dessen eine Elektrode zur Bildung der Vorspannung aus einem Eiektrcten besieht, dadurch g c kennzeichnet, daß die feste Elektrode (9) den Elektreten (10) bildet, während die bewegliche Elekirode (12) aus einer Folie (13) besteht, die mit einem Material mit piezoelektrischen Eigenschaften verbunden ist.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei feste Elektroden (9) mit Elektreten (10) zu beiden Seiten der beweglichen Elektrode (12) angeordnet sind.