DE2330367C2

DE2330367C2 - Elektrostatischer Wandler

Info

Publication number: DE2330367C2
Application number: DE2330367A
Authority: DE
Inventors: Hirotake Kawakami; Atsushi Tokyo Matsuda; Kazumasa Chofu Tokyo Takahashi
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1972-06-17
Filing date: 1973-06-14
Publication date: 1983-02-03
Also published as: JPS5223333Y2; JPS4929920U; FR2189974A1; CA1003097A; US3941946A; NL7308453A; GB1408839A; FR2189974B1; IT985432B; DE2330367A1

Description

Die Erfindung bezieht sii.h auf e^: .en elektrostatischen Wandler gemäß dem Oberbegriff des A nspruches 1.

Im allgemeinen ist der Leis ingsausgang von elektrostatischen Wandlern, insbesondere im unteren Bereich der Frequenzkennlinie, wegen des geringen Abstandes zwischen den aktiven Elementen desselben begrenzt Bei einem gegebenen Abstand kann nur eine vorgegebene Spannung wegen des dielektrischen Luftdurchschlags angelegt werden, wodurch die mögliche Leistung begrenzt wird

Die Anwendungsmöglichkeit solcher als Lautsprecher verwendeter Wandler ist deshalb auf jene Fälle begrenzt, die mit einer solchen Leistungsgrenze auskommen. Diese Begrenzung wird insbesondere bei niedrigen Tonfrequenzen deutlich, da die Rückseite eines Lautsprechers vollständig von einem angemessen großen Gehäuse verkleidet sein soll, was allerdings zur Folge hat, daß große Kräfte für die Bewegung der Membran gegen die Druckluft entwickelt werden müssen.

Zur Verdeutlichung des Zuvorgesagten sei beispielsweise ein System zur Umwandlung der elektrischen Energie der Tonfrequenz in Schallenergie betrachtet. Es ist bekannt, daß bei Her gleichen Ausgangsleistung über den Tonfrequenzbercich eine wesentlich größere Luftmenge be¹ den niedrigeren Tonfrequenzen bewegt werden muß. weshalb Lautsprecher fur niedrige Frequenzen hinsichtlich ihres Aufbaues wesentlich größer scm müssen und schwerer sind als Lautsprecher für hohe Frequenzen, In jedem Falle Ist die Begrenzung der niedrigen Ausgangsleistung das Ergebnis der begrenzten maximalen Auslenkungen der flexiblen Membran.

In der US-PS 31 36 867 ist daher ein elektrostatischer Wandler Vorgeschlagen worden, bei dem zwei Gleich» Spannungsquellen zum Antreiben zweier Merribfancn ίη derselben Richtung vorgesehen sind. Wegen der hohen erforderlichen Spannung zur Vorspannung ist es aber unerwünscht, daß zwei verschiedene Quellen vorgesehen werden müssen.

Es ist ferner eine Ausführungsform der eingangs erläuterten Art bekannt (DEAS Π 88 139), bei der mehrere Wandiereinheiten vorgesehen sind, die eine genaue Umfangsbearbeitung erforderlich machen, um entsprechend in die zugehörige Gehäuseöffn^ng fest ίο eingepaßt werden zu können, was jedoch einen erheblichen Arbeitsaufwand sowohl für die Wandiereinheiten als auch für das Gehäuse selbst bedeutet Dieses Gehäuse ist darüber hinaus so ausgebildet, daß es einen im Querschnitt etwa rechteckigen Hohlraum mit eegenüberliegenden Wandteilen bildet. Diese Gehäuseform hat sich in der Praxis insofern als nachteilig herausgestellt, als unerwünschte Resonanzen bei der Schallwidergabe auftreten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen im Oberbegriff des Anspruches 1 vorausgesetzten elektrostatischen Wandler zu schaffen, der sich durch eine verbesserte Ausbildung des Gehäuses, insbesondere hinsichtlich der Vermeidung unerwünschter Resonanzen, bei zuverlässiger Aufnahme der Wandiereinheiten auszeichnet.

Nach der Erfindung wird dies durch die im Kennzeichen des Arvpruches 1 angegebenen Merkmale erreicht.

Da bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform die Wandiereinheiten mit Positionierungs-Halterungsöffnungen versehen und im Gehäuseinnern mit diesen Öffnungen zusammenwirkende Halter angeordnet sind, kann mit verhältnismäßig geringem Fertigungsaufwand eine äußerst zuverlässige Halterung der einzelnen Wandiereinheiten in ihren korrekten Positionen gegenüber dem Gehäuse und insbesondere gegenüber dem rückwärtigen Hohlraum dieses Gehäuses geschaffen werden. Durch die besondere Formgebung des innerhalb des Gehäuses vorhandenen Hohlraumes (durch den geneigten Wandteil sind keine direkt gegenüber liegenden Wände vorhanden) werden unerwünschte Resonanzen, wie sie bei bekannten Ausführungen auftreten, mit großer Zuverlässigkeit vermieden, so daß eine deutlich verbesserte Klangwiedergabe ermöglicht wird.

Die Erfindung sei im folgenden anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispieles nii her erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Anordnung der Elemente der Wandlereinheiten zueinander, zusammen mit einem Schaltschema der einzigen Vorspannungsquelle und der Zuführung des Tonsignales in der Wandlerschaltung;

F i g. 2 einen Teil-Querschnitt durch die zu einem Lautsprecher zusammengebauten Wandiereinheiten;
Fig. 3 ein Diagramm, in dem das Druckverhalten in dB als Funktion der Frequenz für den Lautsprecher abgetragen ist;

F ι g. 4 eine Perspektivansicht über die Anordnung der zusammengebauten Wandiereinheiten (I.auispretherplat'en):

Ι-" ι g. 5 eine aüseinandergezogene Darstellung der i-vLaütsprecherelernente rnitzugehörigerri Geliäusci

Wie in Fig, 1 verahschaüHchl ist, enthält ein elektrostatischer Wandler 2Ö ein Paar lamellenartiger Wandiereinheiten A Und B sowie eine elektrische Aritriebssehaltung G. Die Wandlereiriheit A weist ein Paar Plätten 21 ä Und 22a sowie eine flexible Membran 23a mit einer leitenden Beschichtung 24a aus Silber oder

ähnlichem auf. Die Platten 21a und 22a sind aus Plasiikmaterial wie Epoxyharz, Akryisäureharz oder ähnlichem gefertigt und weisen leitende Schichten 25a und 26a an ihren inneren Oberflächen auf und besitzen jede eine Mehrzahl von Öffnungen 27a und 28a. Die andere Einheit S hat denselben Aufbau, und die jeweils entsprechenden Elemente sind mit dem Indexbuchsta ben »b« bezeichnet.

Die elektrisch-, Schaltung C weist einen Tranjlormator 30 mit einer Primärspule 31 zwischen zwei Kontaktpunkten 32 und 33 und einer Sekundärspule 34 mit eintm Mittelabgriff 35 auf. Eine Leitung 36 von der Sekundärspule 34 ist mit der leitenden Schicht 25a der Platte 21a der Einheit A und mit der leitenden Schicht 266 der Platte 226 der Einheit B verbunden. Die andere Leitung 37 von der Sekundärspule 34 ist mit der leitenden Schicht 256 der Platte 216 der Einheit B und auch mit der leitenden Schicht 26a der Platte 22a der Einheit A verbunden. Eine Gleichstromvorspannungsquelle 38 ist mit ihrem einen Kontakt mit dem Mitteiabgriff 35 und mit ihren anderen Kontakt mit den beiden leitenden Schichten der Membranen 23- und 236 der Einheiten A und B über einen Widerstand 39 verbunden. Ferner ist eine Signalquelle 40 zwischen den beiden Kontaktpunkten 32 und 33 der Primärspule 31 vorgesehen. Wenn von der Signalquelle 40 ein alternierendes Signal geliefert wird, dann wird der leitenden Schicht 25a der Platte 21a der Einheit A und der leitenden Schicht 266 der Platte 226 der Einheit B dieselbe Spannung miteinander zugeführt, und die leitende Schicht 26a der Platte 22a der Einheit A und die leitende Schicht 256der Platte 216der Einheit B werden miteinander mit denselben Spannungen beaufschlagt, die aber den Spannungen der leitenden Schichten 25a und 266 entgegengesetzt sind. Mit anderen Worten gesagt werden die lenende Schicht 25a der Platte 21a und die leitende Schich. 26a der Platte 22a der Einheit Λ mit entgegengesetzten Spannungen und auch die leitende Schicht 266 der Platte 226 und oie leitende Schicht 256 .'er Platte 216 mit entgegengesetzten < Spannungen beaufschlagt. Da die Schichten 24a und 246 der Membranen 23a und 236 durch die Gleichs'.romvorspannungsquelle 38 beide eine positive Spannung aufweisen, werden die beiden Membranen 23a und 236 in derselben Richtung bewegt. i

Wenn einj einzige Membran zwischen ein Paar Platten angeordnet wird, dann wird der Schalldruck P₁ durch die folgende Formel ausgedrückt:

30 Ist jedoch wie bei der vorliegenden Erfindung ein Paar solcher Einheiten vorgesehen, wobei die Membra nen parallel zueinander angeordnet sind, dann wird, da die beiden Membranen in derselben Richtung bewegt werden, der Schalldruck P-, durch die folgende Formel ausgedrückt:

fn jwM„ + jw 2 M₄ + 2 R ₄ + Z _n/ '

mit Z_n, als einer wechselseitigen Strahlungsimpedanz, die durch den Betrieb der beiden Membranen hervorgerufen wird, und

Widerstandskomponente

X 4M ⁼ Reaktanzkomponente,

2ϊ also am

R_A Χαμ = -

und daher

Z_n, = - (R₄

Folglich kann die Gleichung für den Schalldruck P₂ geschrieben werdsn als

jwM_D +JwM₄ + R_A

Allgemein ist

JwM₀ +jwM₄»R₄

Ma» M_n,

so daß

P =

E„e

Ir

M₀ Ma Ra

Luftdichte

Halbdurchmesser der Membnm Abstand /wischen der Plane und dem Meßpunkt

Kapa/itan/ _nl,

dielektrische Konstante von Luft ■-,Flächeder Plätte ag

Masse der Membran

Massenkomponente der Stfählungsimpedanz Widerslandskomponente der Strahlungsimpe- 65 danz

Vorspannung
Signalspannung

!'. ist zu erkennen, daß der Schalldruck in bezug auf diese Erfindung um 6 dB in einem Bereich zwischen i> und ka < 1.4 an wach';.

Die obige mathematische Beschreibung wird durch die tatsächlichen Meßergebnisse von der Anmelderin, die in F i g. 3 gezeigt sind, unterstützt.

F i g. 3 zeigt ein Diagramm, in dem der Schalldruck als Funktion der Frequenzcharakteristik verschiedener elektrostatischer Wandler abgetragen ist. Die Kurye X gibt; die Frequenzcharakteristik einer einzelnen Mem< bran einer bekannten Vorrichtung wieder, und die Kurve Y zeigt die Frequenzcharakteristik des erfindungsgemäßen Wandlern Wie aus diesem Diagramm zu erkennen ist, wird die Schalleistung um etwa 6 dB im Mittelbereich der Frequenz (400 Hz bis 4 kHz) vergrößert.

Der in Fig. 5 veranschaulichte elektrostatische Lautsprecher mit einem Paar elektrostatischer Wandlereinheiten der oben beschriebenen Art besitzt ein Gehäuse 51, die beiden elektrostatischen Wandlereinheiten A und Bsowie einen Deckel 52. Ein Paar hinterer Elektrodenplatlen 55a und 56a der Einheit A aus Kunststoffmaterial, z. B. Epoxydharz, weist eine Anzahl Öffnungen 57a und 58a sowie Aussparungen 59a und 60a auf. wobei die Oberfläche der beiden Platten mit leitenden Schichten 61a und 62a beschichtet sindi Eine Membran 63a wird durch ein Paar leitender Ringe 64a und 65a gehalten. Die Membran 63a ist an den Ringen 64a. 65a mit einem leitenden Klebemittel befestigt. Die andere Einheit B ist in derselben Weise aufgebaut, wobei jedes Element dieser Einheit B mit dem Index-Buchstaben »b« bezeichnet ist. Das Gehäuse 51 besitzt einen Flansch 52' mit einer Anzahl von Öffnungen 53. einer Anzahl von abgeschrägten Ansät-56a und 556 der Wandlereinheiten A, B darüber hinaus Öffnungen 68d und 686 sowie Schlitze 69 und 70^ um das Einführen eines leitenden Anschlußkontaktes 7i zu ermöglichen. Dieser Anschlußkontakt 71 \vird aus einer Blattfeder gebildet und besitzt ein Paar kreisförmiger Teile 72a, 726, die eine Verbindung mit den Ringen 65a und 646 der Membranen 63a Und 636 herstellen, so daß diesen die Vorspannung über den Anschlußkonfakl 71 zugeführt wird.

Zum Zusammensetzen der Waridlereinheit A werden die Plätten 55/i und 56ä mit der Membran 63a zusammengcordnel und diese durch eine Anzahl von Schrauben 75a miteinander verbunden, wie es aus Fig. 4 hervorgeht. Auch die Platten 556 und 566 werden mit der Membran 636 sowie durch eine Anzahl von Schrauben 756 miteinander verbunden (Wandlereinheil B).

Wie in F i g. 2 dargestellt ist, werden die Wandlereinu„:i„„ λ ..~,t π.·* Α,., n„U:;..~„ ei

Haltern 56 mit einem flachen Teil 57 zur Aufnahme der Wandlereinheiten A und B sowie einen in Form einer Kammer ausgebildeten rückwärtigen Hohlraum 58. Dieser Hohlraum 58 besitzt keine sich gegenüberliegenden Wandflächen: in der gezeigter Ausführung hat er im Querschnitt eine Dreiecksform. Das Gehäuse 51 ■weist daher einen Wandteil auf. dessen Tangente unter einem Winkel geneigt ist. der in bezug auf die Ebene der Wandlereinheiten A. B größer als 0" und kleiner als 90° ist. d. h. das Gehäuse 51 besitzt eine ebene Rückwand, die von einem etwa der Ebene der Wandlereinheiten .4. B benachbarten ersten Punkt aus zu einem zweiten Punkt hin geneigt ist, der im wesentlichen rückwärts von der Ebene und um !80^Λ zum ersten Punkt versetzt liegt.

Der Deckel besitzt einen Flansch 60 mit einer Anzahl von Ansätzen 61. die mit den öffnungen 53 des Gehäuses 51 in Eingriff gebracht werden können, sowie einen zylindrischen Teil 62 mit einer Anzahl abgeschrägter Ansätze 63. die mit den Ansätzen 54 des Gehäuses 51 in Eingriff gebracht werden können. Im Deckel 52 ist eine Schallöffnung 64 vorgesehen. Ferner sind die Ansätze 54 und 63 als Teile von Schrauben ausgebildet, und jede der Platten 55a. 56a. 556 und 566 besitzt Positionierungs-Halterungsöffnungen 66a, 67a. 666 und 676. in die die Halter 56 aufgenommen werden können Wie aus Fig. 2 zu erkennen ist. besitzen die Platten Halterungsöffnungen 66a, 67a, 666 und 676 mit den Haltern 56 zusammenpassen und darauf festgelegt werden, zusammen mit dem Anschlußkontakt 71. Das freie Ende des Anschlußkontaktes 71 ist dabei aus dem Gehäuse beispielsweise durch eine öffnung 77 (vgl. Fig.5) nach außen herausgeführt; die anderen, nicht gezeigten Verbindungsieitungen für die leitenden Schichten können in derselben Weise nach außen geführt Ss_--Jn.

Daraufhin wird der Deckel 52 in den zylindrischen Teil 55 so eingesetzt und verschraubt, daß die Ansätze 54 und 63 miteinander in Eingriff sind, während die Ansätze 61 des Deckels 52 in die Öffnungen 53 des Flansches 52' so eingreifen, daß der Deckel mit dem Gehäuse 51 fest verbunden ist. Da die Wandlereinheiten A und B durch den Flansch 60 des Deckels 52 angedrückt werden, sind sie auf dem flachen Teil 57 des Gehäuses 51 fest montiert

Darüber hinaus kann im Hohlraum 58 absorbierendes Material vorgesehen werden. Da dieser Hohlraum 58 des Gehäuses 51 keine sich einander gegenüberliegende Flächen aufweist, werden keine stehenden Wellen ausgebildet. Wie die Kurve Z in F i g. 3 zeigt, wird eine relativ flache Frequenzcharakteristik durch das Gehäuse 51 bewirkt. Die Schalleistung wird auch um etwa 3 dB vergrößert.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrostatischer Wandler mit ebenen elektrostatischen Wandiereinheiten, die je eine elektrisch geladene Membran sowie den entgegengesetzten Seiten der Membran zugeordnete, mit leitenden Beschichtungen und Öffnungen versehene Platten besitzen, sowie mit einem die Wandiereinheiten aufnehmenden Gehäuse, in dem hinter den eingebauten Wandlereinheiten ein rückwärtiger Hohlraum ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlereinheiten (A, B) über Positionierungs-Halterungsöffnungen (66a, 67a, 666. 67b) auf Haltern (56) gegenüber dem rückwärtigen Hohlraum (58) festgelegt sind und das Gehäuse (51) im Bereich dieses Hohlraumes (58) einen Wandteil aufweist, der gegenüber der Ebene der Wandlereinheiten (A, B) mehr als 0° und weniger als 90° geneigt ist

2. Elektrostatischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geneigte Wandteil des Hohlraumes (58) eine ebene Rückwand bildet, die von einem etwa der Ebene der Wandlereinheiten (A, B) benachbarten ersten Punkt aus zu einem im wesentlichen rückwärts vcn der genannten Ebene liegenden zweiten Pjnkt gentigt verläuft, der um 180° zum ersten Punkt versetzt ist