DE2317424A1 - Elektroakustische wandlereinheit und mindestens eine davon enthaltender elektroakustischer wandler - Google Patents

Description

DtpUng. R. O i-: ei T Z sen.

Dr.-It,.-;. R. c ^ c. T Z Jr. • München 22, Steinsdorfatr. 10

65-20.506P (20.507H) 2317424

6. April 1973

Thermo Electron Corporation Waltham, Massachusetts (USA)

Elektroakustische Wandlereinheit und mindestens eine davon enthaltender elektroakustischer Wandler

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektroakustische Wandlereinheit mit einem Elektret-Kondensator und auf einen mindestens eine solche Wandlereinheit enthaltenden elektroakustischen Wandler.

Elektrostatische Wandler wie Mikrophone oder Lautsprecher haben heute ein Stadium erreicht, in dem sie bei Verwendung von Elektreten ohne Polarisationsspannungsquelle auskommen können. Beispiele für solche Wandler sind in der

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US-PS 3 6l2 778 beschrieben. Mit dieser Entwicklung entsteht die Möglichkeit zur Herstellung sehr kleiner, robuster und leichter Wandler, die sowohl den als High Fidelity bezeichneten breitbandigen Frequenzgang als auch den engeren Ansprechbereich aufweisen, der sich für Sprachübertragung eignet. Bei dem Versuch der Herstellung und Montage kleinerer Größen ergeben sich jedoch mechanische Probleme und Schwierigkeiten bei der Handhabung, und es wird in zunehmendem Maße schwierig, alle gewünschten Spezifikationen für die akustischen Eigenschaften, das mechanische und thermische Verhalten, die leichte Montage und die niedrigen Gestehungskosten einzuhalten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektroakustisch^ Wandlereinheit der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß sie alle oben aufgestellten Forderungen ohne weiteres erfüllt. .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von zwei einander gegenüber montierten Platten die erste Platte einen Elektreten mit einer der zweiten Platte zugewandten elektrischen Oberfläche und einer davon abgewandten metallisierten Oberfläche aufweist und als ungelochte und biegsame Membran ausgebildet ist, während die zweite Platte einen als Hinterwand dienenden und zu akustischer Luftströmung durchbohrten, relativ starren dielektrischen Körper aufweist, der auf seiner der dielektrischen Oberfläche des Elektreten zugewandten Seite einen auf den Umfangsbereich dieser dielektrischen Oberfläche zu verlaufenden, umfangsseitigen Rand und ein innerhalb dieses Randes und mit Abstand davon über die anschließende Oberfläche des dielektrischen Körpers auf die erste Platte zu vorspringendes, daran anliegendes und sie mit Abstand von der zweiten Platt© abstützendes Stützelement aufweist und auf seiner zwischen diesem Stützelement und dem

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umfangsseitlgen Rand liegenden Oberfläche mit einem metallischen Überzug versehen ist, der durch die Bohrungen im dielektrischen Körper hindurchreicht und sich auch über einen Teil von dessen der ersten Platte abgewandter Rückseite er- streckt, und daß zwischen den beiden Platten an der Berührungsstelle zwischen dem umfangsseitigen Rand des dielektrischen Körpers und der dielektrischen Oberfläche des Elektreten eine Dielektrikum/Dielektrikum-Bindung besteht, während die- metallisierte Oberfläche des Elektreten und der metallische Überzug auf der Rückseite des dielektrischen Körpers für die Herstellung von elektrischem Kontakt freiliegen.

Ein unter Verwendung einer erfindungsgemäß ausgebildeten elektroakustischen Wandlereinheit aufgebauter elektroakustischer Wandler ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnetj daß eine Wandlereinheit so in ein Gehäuse eingesetzt ist, das an einem Ende mindestens teilweise abgeschlossen ist, daß die erste Platte diesem Gehäuseende zugewandt ist und einen Abstand davon aufweist.

Die Erfindung führt zu einem verbesserten Elektret-Tonabnehmer, der in einer einzigen Montageeinheit für die gewünschten akustischen, mechanischen, thermischen und Montageeigenschaften sorgt. Der Tonabnehmer selbst ist einfach herzustellen, er paßt in jedes Gehäuse, wobei dessen spezielle Konstruktion entsprechend dem vorgesehenen Einsatzzweck und der gewünschten Ansprechbandbreite gewählt werden kann. Zweckmäßig ist dieses Gehäuse in seinen Außenabmessungen rechtwinklig ausgeführt, und es enthält eine kreisförmige Kammer für die elektromechanischen Bauteile. Wenn der Tonabnehmer in ein Gehäuse eingesetzt wird, ist automatisch für Luftdurchlässe für eine Luftströmung von der Vorderseite zur Rückseite seiner Membran gesorgt, und der Tonabnehmer wird unter Randkompression in seiner Betriebslage gehalten, wobei sich die elektrischen

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Anschlüsse dafür zuverlässig herstellen lassen. Der Gehäusedeckel kann auf seiner Innenseite einen als Festkörperschaltung ausgeführten Verstärker tragen, der beim Zusammenbau mit dem Tonabnehmer gekoppelt wird. Auf diese Welse führt dLe Erfindung zu einem Mikrophon, das Außenabmessungen von wenig mehr als 6 mm im Quadrat bei einer Dicke von J> mm aufweist.

Ein Elektret-Mikrophon gemäß der Erfindung besteht aus einer Montageeinheit für einen Tonabnehmer, die eine an einer durchbrochenen Hinterplatte befestigte Elektret-Membran enthält, wobei die Hinterplatte Stutzelemente für die Membran und Luftdurchlässe für den Ausgleich des statischen Drucks auf beiden Seiten der Membran aufweist, die einheitliche Bauteile der Hinterplatte bilden. Diese Montageeinheit wird in einem Gehäuse zwischen einem Kontaktring für die Membran, der für eine Masseverbindung der metallischen Membranteile mit dem Gehäuse sorgt, und einem elastischen Kompressionsring gehalten, der an der Hinterplatte anliegt, und die Luftschlitze liegen total innerhalb des Gehäuses. Die Vorderseite des Gehäuses ist mit einer Abdeckung für die Membran versehen, wobei der zugehörige Frequenzgang zwischen dem Sprachberefch und dem High Fidelity-Bereich variieren kann. Eine die Kompressionskammer begrenzende hintere Abschlußplatte trägt einen als Festkörperschaltung ausgeführten Vorverstärker und einen ringförmigen elastischen Leiter^ der in Wälzkontakt mit der Elektrode auf der Hinterplatte des Tonabnehmers steht.

Sowohl die erfindungsgemäß ausgebildete elektroakustische Wandlereinheit selbst als auch die unter Verwendung dieser Einheit erfindungsgemäß aufgebauten elektroakustisehen Wandler sind zahlreicher vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen fähig, die jeweils in Unteransprüehen gekennzeichnet sind.

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FUr die weitere Erläuterung der Erfindung wird nunmehr auf die Zeichnung bezug genommen, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäß ausgebildete elektroakustische Wandler veranschaulicht sind; dabei zeigen in der Zeichnung:

Pig. 1 einen auseinandergezogenen und im Maßstab vergrößerten Längsschnitt durch die ihrem Gehäuse entnommenen Bauteile eines erfindungsgemäß ausgebildeten elektroakustischen Wandlers,

Pig. 2 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten elektroakustischen Wandlers und ein Schaltbild für die Zusammenschaltung seiner elektrischen Teile,

Pig. 3 einen zusammengebauten elektroakustischen Wandler in erfindungsgemäßer Ausführung in Form eines Längsschnitts (Pig. 3A), einer Unteransicht (Pig. 3B) und einer Seitenansicht (Fig. 3C),

Fig. 4 eine in den links von der strichpunktierten Linie X-X liegenden Bauteilen gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 abgewandelte Ausführungsform für einen erfindungsgemäß ausgebildeten elektroakustischen Wandler und

Fig. 5 noch eine weitere Abwandlung für den akustischen Teil des in Fig. 3 dargestellten elektroakustischen Wandlers.

In der Darstellung in Fig. 1 sind die Bauteile^iner elektroakustischen Wandlereinheit 10 auseinander^genommen dargestellt, um ihre Beschreibung zu erleichtern. Die Wandlereinheit 10 ist als Elektret-Wandler ausgebildet, und sie enthält eine erste Platte 11 mit einem Elektreten 12, der auf einer Seite mit einer elektrisch leitenden Schicht 13, die beispielsweise eine

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Goldschicht sein kann, überzogen ist, wobei die Aufbringung der Schicht 13 beispielsweise durch Aufdampfen im Vakuum mit einer Dicke erfolgen kann, die in typischen Fällen zwischen 1 und 0,01 Mikron liegt. Für einen Einsatz im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignete Elektrete und Verfahren zu deren Herstellung sind in der US-PS 3 6l2 778 beschrieben. Die Wandlereinheit 10 enthält weiter eine zweite Platte 15, die aus einem einzigen dielektrischen Körper besteht, der bei dem vorliegenden Beispiel ein gespritzter Formkörper aus Kunststoff ist und einen elektrisch leitenden Überzug 17 trägt, der beispielsweise wiederum aus Gold bestehen kann. Die zweite Platte 15 weist mehrere Bohrungen l8 auf, die einen Luftdurchgang durch die Platte 15 ermöglichen. Diese Bohrungen 18 werden vorzugsweise gleich mit bei der Formung des dielektrischen Körpers l6 erzeugt. Vom Umfangsteil der der dielektrischen Oberfläche 19 des Elektreten 12 zugewandten inneren Oberfläche 21 des Körpers l6 erstreckt sich ein vorstehender Rand 20 auf den Elektreten 12 zu. Bei kreisförmiger Ausführung der Wandlereinheit 10 weist der Rand 20 wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Form eines Kreisringes auf. Ganz allgemein kann er jedoch auch bei nicht kreisringförmiger Ausbildung als gurteiförmig angesehen werden. Innerhalb des Randes 20 steht außerdem davon ^trennt ein zentraler Vorsprung 22 über die Oberfläche 21 der zweiten Platte 15 über. Der elektrisch leitende Überzug 17 erstreckt sich über die inneren Oberflächen der Bohrungen 18, die Oberfläche 21 des Körpers 16 unter Ausschluß der überstehenden Stirnseite des Randes 20 und den größten Teil der Rückseite 24 des dielektrischen Körpers 16, wo er fast, aber nicht ganz bis an dessen Seitenwände 25 heranreicht.

In Durchführung der Erfindung siird die Platte 11 mit der Platte 15 in Kontakt gebrachte und diese beiden Teile werden unter Ausübung von Druck zwecks ihrer festen Anlage aneinander so miteinander verbunden, daß sich zwischen dem

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Rande 20 des dielektrischen Körpers l6 und dem Randteil der dielektrischen Oberfläche 19 des Elektreten 12 eine Dielektrikum/Dielektriuin-Bindung ergibt. PUr die Herstellung dieser Bindung können Klebstoffe verwendet werden, wobei sich als für diesen Zweck geeignete Klebstoffe Epoxyharze und Acrylate erwiesen haben. Der dielektrische Körper 16 kann aus einem unter dem Handelsnamen NORYL von der General Electric Co. in Form von Granulaten für Spritzverfahren vertriebenen Kunststoff bestehen, der im wesentlichen aus Polyphenylenoxid und Polystyrol zusammengesetzt ist. Vorzugsweise wird dieser Körper 16 mit einer Fertigungstoleranz von 2,5 Tausendstel cm oder weniger gefertigt. Brauchbare Materialien für die Herstellung des Elektreten<12 sind in der US-PS 3 612 778 beschrieben. Zwischen den Elektreten 12 und dem dielektrischen Körper 16 wird eine Kunststoff/Kunststoff- oder Dielektrikum/Dielektrikum-Verbindung ausgebildet. Der zentrale Vorsprung 22 erstreckt sich bis in die Ebene der Stirnfläche des Randes 20 oder geringfügig darüber hinaus, er braucht jedoch nicht mit der Elektret-Membran verklebt oder sonst verbunden zu werden. Der Elektret 12 ist so an seinem Außenumfang mit dem Rande 20 verbunden und wird durch den Vorsprung 22 abgestützt,in dem dazwischen liegenden ringförmigen hinterschnittenen Bereichen der inneren Oberfläche 21 der zweiten Platte 15 dagegen ist er frei beweglich.

Der elektrisch leitenden Schicht 13 auf dem Elektreten 12 steht ein metallisierter Kunststoffring 30 in einem Umfangsbereich gegenüber, der etwas schmaler ist als die Stirnseite des mit der dielektrischen Oberfläche 19 des Elektreten 12 verbundenen Randes 20 des dielektrischen Körpers 16. Der Ring 30 enthält einen Körper 31, der aus einem Kunststoffmaterial besteht, das so ausgewählt ist, daß seine thermischen Eigenschaften mit denen des dielektrischen Körpers 16 für die

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zweite Platte 15 kompatibel sind, und der mit einer elektrisch leitenden Schicht j52 überzogen ist, die. beispielsweise wiederum aus Gold bestehen kann und zur elektrischen Kopplung der leitenden Schicht 13 auf dem Elektreten mit einem Gehäuse im unten noch zu beschreibender Weise dient. Eine Goldschicht mit einer für einen Einsatz als leitende Schicht auf dem Elektreten geeigneten Dicke wäre zu dünn, um die Herstellung einer Gold/Gold-Verbindung mit dem Elektreten zu erlauben. In der Praxis wird der Ring j50 gegen die Wandler einheit 10 angedrückt, wobei die Anpreßkraft auf den Rand 20 des dielektrischen Körpers 16 ausgeübt wird, so daß der Elektret zusätzlich zu.seiner Befestigung an der zweiten Platte 15 durch Kompressionskräfte an seinem Platz gehalten wird. Die innere öffnung ~$k des Ringes 30 dient als akustisches Tor für den Elektreten 12.

Pur den Einbau der Wandlereinheit 10 und des leitenden Ringes 30 in ein Gehäuse sind zwei Abstandshalter 36 und vorgesehen. Der erste Abstandshalter 36 ist ein Ring, der aus Polytetrafluoräthylen bestehen kann, während der zweite Abstandshalter 37 ein Ring ist, der aus einem elektrisch . nicht leitenden elastischen Gummi bestehen kann, dessen axiale Abmessungen so gewählt sind, daß bei zusammengebautem Wandler dieser Abstandshalter 37 in Richtung seiner Drehachse unter Kompression steht. Aus unten in Verbindung mit Fig. 3 noch näher zu erläuternden Gründen besitzt '9er erste Abstandshalter 36 den gleichen Außendurchmesser wie die Wandlereinheit 10 und der leitende Ring 30, während der zweite Abstandshalter 37 einen größeren Außendurchmesser auf«· weist. Aus den gleichen Gründen ist die Rückseite 24 der zweiten Platte 15 mit einem oder mehreren radialen Schlitzen (vgl. Fig.. 2) versehen, die sich von den Bohrungen l8 im dielektrischen Körper 16 zu dessen Seitenwänden 25 erstrecken. Der größere Abstandshalter 37 schafft eine luftdichte Abdich-

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tung zwischen der Innenseite des Gehäuses 50, wodurch sichergestellt ist, daß die Belüftung im wesentlichen nur durch diese radialen Schlitze 72 und nach vorn zur Vorderseite . der Membran aus dem Elektreten 11 und nicht entlang anderer Wege»erfolgt. Dies ist deshalb vorgesehen, damit sich der Frequenzgang in Abhängigkeit von der Schlitzgröße vorhersagen läßt.

Eine Abschlußplatte 40, die vorzugsweise aus einem für die Aufnahme von gedruckten elektrischen Schaltungen geeigneten steifen Keramikmaterial hergestellt ist, wird bei zusammengebautem Wandler gegen den zweiten Abstandshalter 37 mit einer Kraft angedrückt, die zur Kompression dieses zweiten Abstandshalters 57 ausreicht. Wie im folgenden dargelegt,ist bei Anwendung der Erfindung auf ein Mikrophon auf der Innenseite 4l der Abschlußplatte 40 ein Vorverstärker (Fig. 2) montiert, und am Eingangsanschluß dieses Vorverstärkers ist ein Ring 42 aus elektrisch leitendem Gummi, beispielsweise aus mit Silber beladenem Gummi, befestigt. Der Ring 42 ist mit seiner Drehachse parallel zur Abschlußplatte 40 ausgerichtet und an seinem Umfangsrand damit verbunden. Sein Durchmesser ist so gewählt, daß nach Einsetzen der Abschlußplatte 40 bei zusammengebautem Wandler der Ring 42 mit dem leitenden Überzug 17 auf der Rückseite 24 der zweiten Platte 15 des Wandlers in Berührung kommt und durch die Kompressionskräfte zwischen der zweiten Platte 15 und der Abschlußplatte 40 quer zu seiner Drehachse, also radial verzerrt wird. Dies läßt einen Wälzkontakt zum Überzug 17 auf der Rückseite 24 der zweiten Platte 15 entstehen, der elektrisch günstiger ist als ein Gleitkontakt oder ein starrer Kontakt. Die Abschlußplatte 40 weist mehrere elektrische Kontakte auf, die sich von ihrer Innenseite 41 zu ihrer Außenseite 43 erstrecken und zum Anschließen von in der Zeichnung nicht dargestellten

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Speisespannungsquellen und Verbrauchern dienen. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei solcher Kontakte 44, 45 und 46 gezeigt, wobei der Kontakt als Signalausgangsanschluß für den Vorverstärker dienen kann.

Beim Zusammenbau der in Pig. I dargestellten Bauteile in der oben beschriebenen Weise dienen die Bohrungen l8 in der zweiten Platte 15 als akustische Koppelelemente zur Kopplung des von der Abschlußplatte 40 und den Abstandshaltern 36 und 37 begrenzten Luftvolumensauf der Rückseite der zweiten Platte 15 mit dem Luftvolumen innerhalb der Wandler einheit Die Größe dieser Bohrungen 18, ihre Lage und ihre Anzahl werden so gewählt, daß sich ein spezifischer Frequenzgang ergibt. Die oben erwähnten Schlitze 72 in der Rückseite 24 der zweiten Platte 15 wirken als Luftdurchlässe zum Verbinden des Luftvolumens hinter der zweiten Platte 15 mit der Umgebungsluft au£ der Vorderseite der Elektret-Membran, also vor der leitenden Schicht 13. Die effektive Größe dieses Luftdurchlasses wird ebenfalls so gewählt, daß sich ein spezifischer Frequenzgang ergibt.

In Fig. 2 sind die Bauteile eines vollständigen Wandlers unter Einschluß seines Gehäuses 50 auseinandergenommen dargestellt, und außerdem ist die elektrische Funktionsweise des Elektreten 11 und des Vorverstärkers in Form eines Schaltbildes veranschaulicht. Das Gehäuse 50 besteht aus Metall und ist außen rechtwinklig geformt, während es innen eine kreisförmige öffnung 51 für die Aufnahme des leitenden Ringes 30, der Wandlereinheit 10 und der Abstandshalter 36 und 37 in dieser Reihenfolge enthält. Hinter der kreisförmigen Öffnung 51 befindet sich eine quadratische, querschnittsgrößere öffnung 52 für die Aufnahme der Abschlußplatte 40, "die ebenfalls quadratisch geformt ist. Die in die kreisförmige öffnung 51 eingesetzten Bauelemente sind so bemessen, daß ohne die Auflage der Abschlußplatte 40 der aus' einem Gummiring be-

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stehende Abstandshalter 37 über die kreisförmige öffnung 51 hinaus in die quadratische öffnung 52 hineinragt. Die quadratische öffnung 52 weist eine Rückwand 53 und einander gegenüberstehende Seitenwände 54 und 55 auf. Oben auf jeder Seitenwand 54 und 55 ist ein ümlegbarer Flansch 56 bzw. 57 vorge-ε ehen, der zum Festklemmen der Abschlußplatte 40 an ihrem Platze dient, wie dies in Fig. 3 im einzelnen ersichtlich ist. Die Abschlußplatte 40 weist drei längs eines ihrer Ränder angeordnete Anschlußkontakte 44, 45 und 46 auf, und eine Seite der auadratischen öffnung 52 ist offen gelassen, also nicht mit einer Seitenwand versehen, um einen leichten Zugang zu diesen Anschlußkontakten 44 bis 46 zu ermöglichen.

Das in Fig. 2 dargestellte Schaltbild zeigt, daß die durch den Elektreten 12 gebildete dielektrische Membran in der Wand!ereinheit 10 eine permanent eingeprägte elektrische Ladung enthält. Von der leitenden Schicht 13 auf der Membran besteht ein elektrischer Kontakt zu dem als Erdanschluß dienenden Anschlußkontakt 45» während die zweite Platte I5 mit dem Eingang 6l eines Vorverstärkers 60 verbunden ist, der den Anschlußkontakt 46 zum Speiseansehluß und den Anschlußkontakt 44 zum Signalausgang hat. Der Vorverstärker 60 selbst ist als bekannte Emitterfolgeiichaltung ausgebildet. Die elektrischen Einzelheiten im Aufbau des Vorverstärkers bilden !feinen Teil der vorliegenden Erfindung und sind ledigiich als Anschauungsbeispiel wiedergegeben. Der Vorverstärker 60 ist als integrierte Schaltung ausgeführt und auf die Innenseite 4l der Abschlußplatte 40 aufgebracht. Bestimmte physikalische und mechanische Merkmale für die Herstellung der Verbindungen beispielsweise zum Gehäuse und einem Erdanschluß und die Verbindung zum Eingang eines geeigneten Vorverstärkers sind Teile der vorliegenden Erfindung, wie dies oben dargelegt ist. So ist die Leitung 62 für die Verbindung der Wandlereinheit 10 mit dem Eingangsanschluß 6l gemäß der Erfindung durch den Ring aus elektrisch leitendem Gummi realisiert, der mit der Ab-

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schlußplatte 40 permanent verbunden und an den Eingangsanschluß 61 des Vorverstärkers 60 angeschlossen ist, wobei er in Wälzkontakt zum leitenden Überzug 17 auf der zweiten Platte 15 der Wandlereinheit 10 steht. Der Eingangswiderstand 65 des Vorverstärkers 60 weist in Anpassung an den Einsatz in Verbindung mit einer Elektret-Signalquelle einen ungewöhnlich großen Wert von beispielsweise 2000 Megohm auf. Dies wird zweckmäßig dadurch erreicht, daß dieser Widerstand 65 in Dickschichttechnik unmittelbar auf die Innenseite 41 der Abschlußplatte 40 aufgebracht wird. Der Ring 42 wird mit einem Ende dieses Widerstandes 65 verbunden. Diese Kombination eines Eingangswiderstandes von hoher Impedanz für den Vorverstärker mit einem nachgiebigen Leiter, der am Eingangsanschluß befestigt ist und unter Druck mit der Wandlereinheit in Wälzkontakt steht, die bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten Mikrophon zu geringem Rauschen und hoher mechanischer Stabilität führt, wie dies in Verbindung mit Fig. 3 noch näher erläutert wird.

ist eine neuartige Anordnung,

Die Außenseite 43 der Abschlußplatte 40 ist metallisiert

und weist einen in der Zeichnung nicht dargestellten elektrisch leitenden Überzug auf, der mit dem Gehäuse 50 über die umgelegten Plansche 56 und 57 (vgl. Fig. 3) in elektrischer Verbindung steht und gemeinsam damit eine elektrostatische Abschirmung für das Mikrophon bildet. Eine isolierende Schicht 48 (Fig., 3B) trennt die Anschlußkontakte 44 und 46, also die Signal- und Speiseanschlüsse, von dem metallischen Überzug der Abschlußplatte 40. Ein Teilbereich des Anschlußkontaktes 45, des Erdungsanschlusses, steht mit dem leitenden Überzug der Abschlußplatte 40 dagegen in elektrischer Verbindung, so daß die leitende Schicht 15 auf der Membran über den metallischen Überzug der Abschlußplatte 40, dieFlansche 56 und 57, das Gehäuse 50 und den leitenden Ring 30 mit dem Massepotential am Anschlußkontakt 45 Verbindung hat. Ein zweiter, alternativer

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Leitungsweg zwischen der leitenden Schicht I3 auf der Membran und dem Massepotential am Anschlußkontakt 45 besteht ,über einen in der Zeichnung nicht sichtbaren elektrisch leitenden Kleber, der zwischen dem Gehäuse 50 in der quadratischen öffnung 52 und dem Teil des Anschlußkontäktes 45 angeordnet ist, der um die Abschlußplatte 40 herumgefaltet ist und an deren Innenseite 4l anliegt, wie dies in Pig, 1 ähnlich für den Anschlußkontakt 44 gezeigt ist.

Ein zusammengebauter elektroakustischer Wandler gemäß der Erfindung, in diesem Falle ein Mikrophon mit den in Fig. 2 dargestellten Bauteilen und dem entsprechenden Schaltungsaufbau, ist in Fig. 3 veranschaulicht. In Fig. JA ist einer der ümlegbaren Flansche 57 über der Abschlußplatte 40 umgefaltet dargestellt; beide Flansche 56 und 57 sind in Fig. 3B und 3C sichtbar. Fig. 3A ist ein längs der Schnittlinie A-A durch die Darstellung in Fig. 3B geführter Schnitt. Das Gehäuse 50 besitzt eine Vorderwand, welche die kreisförmige öffnung 51 begrenzt und an welcher der Ring 30 zur Anlage kommt, wenn der Abstandshalter 37 aus Gummi von der Abschlußplatte 40 her unter Druckgesetzt wird.Diese Vorderwand 58 ist mit einem oder mehreren als Luftloch dienenden Schlitzen 71 versehen, die von dem Gebiet vor der leitenden Schicht I3 auf der Elektret-Membran zur Seitenwand der kreisförmigen öffnung verlaufen. Der Ring 30, die Wandlereinheit ]0 und der erste Abstandshalter 36 sind innerhalb eines zulässigen Bereiches für Abmessungstoleranzen in ihrem Außendurchmesser sämtlich etwas kleiner gehalten, als der Innendurchmesser der kreisförmigen öffnung 51, so daß sich ein ringförmiger Durchlaß für den Luftdurchgang von den vorderen Schlitzen 71 zu den radialen Schlitzen 72 in der Rückseite 24 der zweiten Platte der Wandlereinheit 10 ergibt. Die Lage zweier solcher radialer Schlitze 72 ist in Fig. 3A und 3B mit gestrichelten Linien angedeutet. Der so geschaffene kontinuierliche Luftdurchgang verhindert den Aufbau von Druckdifferenzen zwischen der Luft

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im Inneren des Wandlergehäuses und der Umgebung.

Fig. 3A zeigt weiter, daß der leitende Ring 42 in radialer Richtung zusammengepreßt wird, so. daß sich ein breitflächiger Wälzkontakt zum leitenden Überzug 1? auf der Rückseite 24 der zweiten Platte 15 ergibt, wenn der Wandler zusammengebaut wird. Dabei ist keinerlei Reib- oder Schabkontakt einbegriffen. Die feste Kontaktstelle zwischen dem Ring 42 und dem Eingangsanschluß 6l zum Vorverstärker 60 wird mechanisch nicht belastet, und zwar weder beim Zusammenbau noch beim späteren Einsatz des Wandlers. Diese Kombination von Merkmalen verringert insbesondere für ein Mikrophon mit einem gemäß Fig. ausgebildeten Vorverstärker 60 in integrierter Schaltungstechnik die Wahrscheinlichkeit, daß sich Kontaktrauschen einstellt. Durch diese Konstruktion ergibt sich in Kombination mit einer Wandlereinheit 10 mit einem Elektret-Kondensator, die in ein passendes starres Gehäuse 50 eingebaut ist, ein praktisch stoßsicheres Mikrophon, das beispielsweise einen mehrfachen Fall aus 1,8 m Höhe auf einen gefliesten oder Hartholzboden ohne Schaden und ohne Verschlechterung im Frequenzgang übersteht.

Ein typisches Elektret-Kondensator-Mikrophon der in Fig. dargestellten Ausführung mißt etwa 6 mm im Quadrat (Fig. 35B) und etwa j5 mm in der Dicke (Fig. 3A, J>C). Die vordere Wand 58 des Gehäuses 50 kann in verschiedener Weise ausgebildet, sein, wobei die jeweilige Form durch den gewünschten Frequenzgang und den beabsichtigten Einsatzzweck bestimmt wird. Fig. 3 zeigt eine für den Einsatz in einer Hörhilfe brauchbare Form. Dabei JSb die vordere Wand 58 mit einer kleinen öffnung 76 versehen, die das Luftvolumen 75 zwischen der vorderen Wand 58 und der Wandler einheit 10 mit der Umgebung verbindet und einen Querschnitt aufweist, der nur einen kleinen Bruchteil der Oberfläche der Elektret-Membran ausmacht. Der Frequenzgang eines

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Mikrophons dieser Bauart reicht von etwa 50 Hz bis zu etwa 8000 Hz.

Eine Abwandlung des AusfUhrungsbeispiels von Fig. 3 in Richtung auf ein für die Aufnahme von Musik geeignetes Mikrophon ist in Fig. 4 dargestellt, wobei die vordere Wand 58 des Gehäuses 50 eine große öffnung 77 enthält, die sich über eine fast gleiche Fläche erstreckt wie die Elektret-Membran, so daß diese Elektret-Membrän im wesentlichen in unmittelbarem Kontakt zur Umgebung steht. In diesem Falle ist es zweckmäßig, in die vordere Wand 58 ein Schutznetz 78 einzubauen. Dieses Schutznetz 78 ist bevorzugt elektrisch leitend ausgebildet .und steht mit dem Gehäuse 50 in Masseverbindung, so daß es als elektrostatische Abschirmung dienen kann. Der Frequenzgang für ein Mikrophon dieser Bauart liegt zwischen 50 Hz und 16.OOO Hz.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die vordere Wand 58 des Gehäuses 50 überhaupt nicht gelocht oder mit öffnungen versehen. Ein röhrförmiger Ansatz 79 an der Seite des Gehäuses 50 nahe der vorderen Wand 58 steht durch das Gehäuse 50 hindurch mit dem vor der Elektret-Membran eingeschlossenen Luftvolumen 75 in Verbindung. Diese Konstruktion eignet sich für Telefonhörer, bei denen an dem rohrförmigen Ansatz 79 ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Sprechrohr angesetzt ist, das sich von einer am Ohr eines Benutzers liegenden Zone zu einer nahe dessen Mund gelegenen Zone erstreckt, so daß sich insgesamt eine sehr kleine und leichte Mikrophonanordnung ergibt. Der Frequenzgang eines Mikrophons dieser Bauart reicht von 50 bis 6.000 Hz.

Mikrophone in der Ausführung nach Fig. 3 oder Fig. 5 enthalten eine vor der Membran eingeschlossene Luftmenge, die sich bei Änderungen in der äußeren Atmosphäre oder dem umgebenden

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Druck nur langsam ändern kann, da der Zugang zu dieser eingeschlossenen Luft durch die kleine öffnung 76 oder die lichte Weite des rohrförmigen Ansatzes 79 stark eingeschränkt ist. Wenn dabei die Rückseite der Wand!ereinheit 10 unmittelbar in die umgebende Luft hinein belüftet wäre, was rasche Änderungen des Druckes auf der Rückseite der Wandlereinheit 30 b'ei Änderungen im Umgebungsdruck erlauben würde, dann würde ein rascher Abfall des Umgebungsdruckes wie beispielsweise in einem einer explosionsartigen Druckabsenküng unterzogenen Flugkörper eine rasch ansteigende Druckdifferenz zur Vorderseite der Elektret-Membran erzeugen, durch die diese beschädigt oder zerstört werden könnte. Der vollständig gekapselte Luftweg über die Schlitze 71 und 72 und den Ringdurchlaß 70 ohne anderen Luftauslaß zur Atmosphäre verhindert den Aufbau einer solchen Druckdifferenz und hält auf beiden Seiten der Elektret-Membran im wesentlichen den gleichen statischen Druck aufrecht. So ist für die Ausführungsbeispiele der Erfindung, nach Art der in Fig. 3 und 5 gezeigten ein einfaches Ausfließen zur Atmosphäre gerade nicht gut genug.

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Claims (23)

1. Patentansprüche

   Iy Elektroakustische Wandlereinheit mit einem Elektret-Kondensator, dadurch gekennzeichnet , daß von zwei einander gegenüber montierten Platten (11 und 15) die erste Platte (11) einen Elektreten (12) mit einer der zweiten Platte (15) zugewandten dielektrischen Oberfläche (19) und einer davon abgewandten metallisierten Oberfläche (13) aufweist und als ungelochte und biegsame Membran ausgebildet ist, während die zweite Platte (15) einen als Hinterwand dienenden und zu ,akustischer Luftströmung durchbohrten, relativ starren dielektrischen Körper (l6) aufweist, der auf seiner der dielektrischen Oberfläche (19) des Elektreten (15) zugewandten Seite einen auf den Umfangsbereich dieser dielektrischen Oberfläche (19) zu verlaufenden, umfangsseitigen Rand (20) und ein iinerhalb dieses Randes (20) und mit Abstand davon über die anschließende Oberfläche (21) des dielektrischen Körpers (ΐβ) auf die erste Platte (11) zu vorspringendes, daran anliegendes und sie mit Abstand von der zweiten Platte (15) abstützendes Stützelement (22) aufweist und auf seiner zwischen diesem Stützelement (22) und dem umfangsseitigen Rand (20) liegenden Oberfläche (21) mit einem metallischen Überzug (17) versehen ist, der durch die Bohrungen (18) im dielektrischen Körper (l6) hindurchreicht und sich auch über einen Teil von dessen der ersten Platte (11) abgewandter Rückseite (24) erstreckt, und daß zwischen den beiden Platten (11 und 15) an der Berührungsstelle zwischen dem umfangsseitigen Rand (20) des dielektrischen Körpers (l6) und der dielektrischen Oberfläche (19) des Elektreten (12) eine Dielektrikum/Dielektrikum-Bindung besteht, während die metallisierte Oberfläche (lj5) des Elektreten (12) und der metallische Überzug (17) auf der Rückseite (24) des dielektrischen Körpers (l6) für die Herstellung von elektrischem Kontakt freiliegen.

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2. 2. Elektroakustische Wandlereinheit nach Anspruch 1,· dadurch gekennzeichnet, daß an dem dem urofangsseitigen Rand (20) der zweiten Platte (15) abgewandten Umfangsbereicn der metallisierten Oberfläche.(15) der ersten Platte (11) ein gürtelförmiges, elektrisch leitendes Kontaktglied (j50) anliegt.
3. 3. ElektiPakustische Wandler einheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktglied (30) aus einem gürteiförmigen, dielektrischen Körper (31) besteht, der mit einem elektrisch leitenden Überzug (32) versehen ist.
4. 4. Elektroakustische Wandlereinheit nach einem der Ansprüche bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der starre dielektrische Körper (16) der zweiten Platte (15) auf seiner der ersten Platte (11) abgewandten Seite (24) mindestens einen sich bis zu seinem Umfangsrand erstreckenden Schlitz (-72) enthält, der einen Luftdurchlaß für einen Übertritt von Luft von einer Seite der Membran zur anderen bildet. .
5. 5. Elektroakustischer Wandler mit mindestens einer Wandlereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wandlereinheit (10) so in eine Gehäuse (50) eingesetzt ist, das an einem Ende (58) mindestens teilweise abgeschlossen ist, daß die erste Platte (11) diesem Gehäuseende zugewandt ist und einen Abstand davon aufweist.
6. 6. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (50) rohrförmig ausgebildet ist und zwischen seiner Innenseite und den gegenüberliegenden Außenrändern der Wandlereinheit (10) einen ringförmigen Luftdurchlaß (70) für den Übertritt von Luft aus dem Gebiet (75) zwischen dem teilweise abgeschlossenen Ende (58)"des Gehäuses (50) und der Wandler einheit (.10) zu deren anderer Seite aufweist. '. /- .

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7. 7. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlereinheit (10) die lichte Weite des Gehäuses (50) untersteigende Querabmessungen aufweist.
8. 8. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 7, dadurch ge- · kennzeichnet, daß das andere Gehäuseende durch eine Abschlußplatte (40) abgeschlossen ist, die über zwischenliegende Abstandshalter (36, 37) auf den Umfangsbereich des dielektrischen Körpers (16) der zweiten Platte (15) in der Wandlereinheit (10) drückt und ihrerseits im Gehäuse (50) an Haiteelementen (56, 57) abgestützt ist, und daß der zwischen der ersten Platte (11) der Wandlereinheit (10) und der Abschlußplatte (40) liegende Raum eine Kompressionskammer für die Membran bildet, die über den Luftdurchlaß (70) mit der Vorderseite der Membran verbunden ist.
9. 9. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (50) an seinem teilweise abgeschlossenen Ende eine Abschlußwand (58) aufweist, die eine öffnung (77) enthält, die sich über den größeren Teil der metallisierten Oberfläche (13) der ersten Platte (11) der Wandlereinheit (10) erstreckt.
10. 10. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (50) an seinem mindestens teilweise abgeschlossenen Ende eine Abschlußwand (58) aufweist, die im wesentlichen die gesamte metallisierte Oberfläche (13) der ersten Platte (H) der Wandlereinheit (10) überdeckt und nur eine öffnung (76) enthält, deren lichte Weite nur einen kleinen Bruchteil der metallisierten Oberfläche (13) der ersten Platte (11) der Wandlereinheit (10) ausmacht, so daß sich ein im wesentlichen abgeschlossenes Luftvolumen zwischen der Abschlußwand (58) des Gehäuses (50) und der Membran ergibt.

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11. 11. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 6, dadurch ge- , kennzeichnet, daß im Bereich des Gehäuses (50) zwischen einer ein Ende davon abschließenden Abschlußwand (58) und der metallisierten Oberfläche (13) der ersten Platte (11)der Wandlereinheit (10) ein rohrförmiger Ansatz (79) aus dem Gehäuse (58) herausgeführt ist, dessen Hohlraum die einzige Verbindung zwischen dem zwischen der flembran und der ihre gesamte metallisierte Oberfläche (13) abdeckenden Abschlußwand (58) eingeschlossenen Luftvolumen und dem Außenraum darstellt.
12. 12. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß in ein röhrförmiges Gehäuse, das an einem Ende durch eine elektrisch leitende Wand (58) mindestens teilweise abgeschlossen ist, eine Wandlereinheit (10) so eingesetzt ist, daß die metallisierte Oberfläche (13) ihrer ersten Platte (11) der Abschlußwand (58) gegenübersteht jind durch einen dazwischen angeordneten leitenden Ring in einem bestimmten Abstand davon gehalten wird, während das andere Ende des Gehäuses (50) durch eine starre Äbsehlußplatte (40) abgeschlossen ist, die über elastisch nachgiebige Abstandshalter (36 und 37) von gürteiförmiger Ausbildung den Umfangsbereich der Rückseite (24) des dielektrischen Körpers (l6) der zweiten Platte (15) der Wandlereinheit (10) unter elastischem Druck hält und ihrerseits an Abstandseiementen (56 und 57) im Gehäuse festgelegt ist, wobei zwischen der ersten Platte (11) der Wandlereinheit (10) und der Abschlußplatte (40) eine Kompressionskammer für das Diaphragma eingeschlossen ist..
13. 13. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kompressionskammer auf der ihr zugewandten Seite der Abschlußplatte (40) ein elektronischer Signalübertragungskreis ausgebildet ist, der einen ersten Anschluß an der Abschlußplatte (40), einen zweiten Anschluß

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    an der ihr gegenüberstehenden Rückseite (.24) der zweiten Platte (15) der Wandlereinheit (10) und dazwischen eine elektrisch leitende und elastisch nachgiebige Verbindung . (42) umfaßt.
14. 14. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 13* dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende und elastisch nachgiebige Verbindung ein Ring (42) aus einem elektrisch leitenden Elastomeren ist, der mit zur Oberfläche der Abschlußplatte (40) paralleler Drehachse in der Kcmpressionskammer angeordnet ist und unter Kompression eine Verformung senkrecht zu seiner Drehachse erfährt.
15. 15. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die das Gehäuse (50) an einem Ende abschließende Abschlußwand (58) eine öffnung (77) enthält, die sich über den größten Teil der metallisierten Oberfläche (13) der ersten Platte (11) der Wandlereinheit (10) erstreckt.
16. 16. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich die das Gehäuse (50) an einem Ende abschließende Abschlußwand (58) im wesentlichen über die gesamte metallisierte Oberfläche (13) der ersten Platte (11) der Wandlereinheit (10) erstreckt und nur eine öffnung (76) enthält, deren lichte Weite nur einen kleinen Bruchteil dieser metallisierten Oberfläche (13) ausmacht.
17. 17» Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich zwischen der das Gehäuse (50) an einem Ende abschließenden Abschlußwand (58) und der metallisierten Oberfläche (13) der ersten Platte (11) der Wandlereinheit (16) ein rohrförmiger Ansatz (73) seitlieh aus dem Gehäuse (50) austritt und daß die Abschlußwand (58) die metallisierte Oberfläche (13) der ersten Platte (11) der Wandlereinheit (10) vollkommen überdeckt und das Gehäuse (50)

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    an ihrem Ende vollkommen abschließt.
18. 18. Elektroakustischer Wandler insbesondere nach einem der Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Gehäuse (50), das ein vorderes Ende, ein hinteres Ende und Seitenwände (53, 54 und 55) sowie einen das vordere Gehäuseende im wesentlichen vollständig abschließenden Abschluß (58).mit einem akustischen Luftdurchlaß aufweist, ein im wesentlichen ungelochtes und flexibles Elektret-Diaphragma (11) mit Abstand vom Abschluß (58) gehalten ist, das gemeinsam mit dem Abschluß (58) ein im wesentlichen vollständig eingeschlossenes Luftvolumen begrenzt, und daß im Gehäuse (50) rund um die Membran (11) ein Luftdurchlaß (70) von ihrer dem Abschluß (58) zugewandten Seite zu ihrer anderen Seite führt.
19. 19. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch l8, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (11) mit einer relativ starren Hinterplatte (15) hinterlegt ist, die einen relativ starren Körper (16) mit dem akustischen Luftdurchfluß dienenden Bohrungen (18) und auf seiner der Membran (ll) abgewandten Rückseite (24) angeordneten und einen Teil des Luftdurchlasses bildenden Schlitzen (72) enthält,
20. 20. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß in die Rückseite (24) des starren Körpers (16) der Hinterplatte (15) mindestens eine radial, verlaufende Hut (72) eingearbeitet ist.
21. 21· Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterplatte (15) aus einem dielektrischen Körper (16) mit eingeformten Nuten (72) besteht und an ihrem Umfang zur Bildung eines Elektret-Tonabnehmers mit der Membran (U) verbunden ist.
22. 22. Elektroakustischer Wandler insbesondere -nach einem der Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß in einem elektrisch leitenden Gehäuse (50) mit einem vorderen Ende, einem hinteren Ende und Seitenwänden (53* 5^ und 55) eine im wesentlichen ungelochte und flexible Elektret-Membran (11) am vorderen Ende gehalten ist, und daß auf der Außenseite der Membran (11) am vorderen Gehäuseende eine elektrostatische Abschirmung (78) vorgesehen ist, während das hintere Gehäuseende durch eine Absehlußwand (58) abgeschlossen ist, die eine elektrisch mit dem Gehäuse (50) verbundene elektrostatische Abschirmung bildet.
23. 23. Elektroakustischer Wandler insbesondere nach einem der Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse (50) mit rechtwinkligen Außenabmessungen einen inneren kreisförmigen Hohlraum (51) enthält, in dem eine im wesentlichen ungelochte und flexible Elektret-Membran (11) mit dem kreisförmigen Hohlraum (53) angepaßten Abmessungen angeordnet ist, und daß das Gehäuse (50) auf einer Seite der Membran (11) durch einen rechtwinkligen Träger (40) für eine mit der Membran (11) elektrisch verbundene elektronische Schaltung abgeschlossen ist.

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