DE2506988B2

DE2506988B2 - Elektroakustischer wandler

Info

Publication number: DE2506988B2
Application number: DE19752506988
Authority: DE
Inventors: Nobuo Yokohama; Suehiro Kenji Kawasaki Kanagawa; Yakushiji (Japan)
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1974-02-20
Filing date: 1975-02-19
Publication date: 1976-11-25
Also published as: CA1030648A; US3980838A; FR2261675B1; GB1504971A; DK60575A; DE2506988A1; FR2261675A1

Description

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Die Erfindung betrifft einen elektroakustischen Wandler mit einer feststehenden, plattenförmigen Elektrode, deren beiden Stirnflächen aus einem Elektret hergestellte Schichten zugeordnet sind, mit zwei als Gegenelektroden ausgebildeten und mit der inneren Elektrode zusammenwirkenden Membranen, die in einem vorgegebenen Abstand von den beiden Stirnflächen der feststehenden Elektrode angeordnet sind und die über mehrere durchgehende Bohrungen in der feststehenden Elektrode akustisch miteinander gekoppelt sind.

Es sind Kondensatormikrofone bekannt, bei denen die Membran oder die Gegenelektrode als Folienelektret bzw. Festelektret ausgebildet ist (Radio-Fernseh-Elektronik 21.1972, H. 18, S. 610 uad 611).

Ein eingangs genannter Wandler ist als doppelseitiges Mikrofon aufgebaut (GB-PS 8 32 276). Eine feststehende, plattenfönnige Elektrode, die mehrere durchgehen de Bohrungen aufweist, wirkt dabei mit zwei als Gegenelektroden ausgebildeten Membranen zusammen. Die Membranen sind über die durchgehenden Bohrungen der feststehenden Elektrode akustisch miteinander gekoppelt Dieser Wandler ist kein Lautsprecher.

Es sind auch Lautsprecher oder einfachwirkende elektroakust^:sche Wandler bekannt, die eine feststehende, plattenfönnige, durchlöcherte Elektrode und eine dieser in einem bestimmten Abstand gegenüberliegende, bewegliche Gegenelektrode oder Membrane auf weisen. Außerdem sind elektroakustische Wandler des sogenannten Zug- und Drucktyps bekannt, die zwei feststehende, durchlöcherte Elektroden und eine zwischen diesen im Abstand angeordnete bewegliche Elektrode aufweisen.

Bei den einfachwirkenden elektroakustischen Wandlern wirkt jede an die feststehende Elektrode und an die bewegliche Membran angelegte Signalspannung als Antriebs oder Steuerkraft für die bewegliche Elektrode oder Membran. Daraus ergibt sich ein guter elektroakustischer Wirkungsgrad und ein hoher Schalldruck. Da die Membran aber immer unter der Wirkung einer durch eine Vorspannung verursachten elektrostatischen Kraft in Richtung auf die feststehende Elektrode angezogen wird, werden ihre Schwingungsamplitude verkleinert und ihre Steifheit vergrößert. Aus diesem Grund können Wandler dieses Typs nicht eingesei/t werden, um Töne niederer und mittlerer Frequenz mit großer Amplitude zu erzeugen und außerdem weisen sie keine gute Linearität über den ganzen Schallbereich auf. was zu einer verstärkten Verzerrung führt.

Dagegen schwingt bei dem eiektroakustischen Wandler des Zug- und Drucktyps die Membrane um eine mittlere Lage zwischen den zwei feststehenden Elektroden, da die in den beiden Elektroden durch die Vorspannung erzeugten elektrostatischen Kräfte sich gegenseitig aufheben. Mit diesem Wandler können somit die beim einfachwirkenden Wandler festgestellten Nachteile ausgeschaltet und die Verzerrung weitgehendst gemindert werden. Da aber die Signalspannung an den beiden zusammenwirkenden, feststehenden Elektroden anliegt, wirkt sie nur mit ihrem halben Betrag auf die Membrane ein. Dies hat zur Folge, daß der elektroakustische Wirkungsgrad absinkt und kein hoher Schalldruck erreicht werden kann.

Außerdem ist bei den einfachwirkenden und bei den Zug- und Druckwandlern eine zusätzliche Schutzschicht erforderlich, um die feststehende Elektrode feuchtigkeits- und staubdicht abzudecken. Weist ein solcher Wandler eine mit einem Elektret versehene feststehende Elektrode auf, so ist eine Schutzschicht unbedingt notwendig, um die elektrischen Eigenschaften des Elektrets aufrechtzuerhalten. Die Notwendigkeit, eine zusätzliche Schutzschicht vorzusehen, kompliziert aber den Aufbau des elektroakustischen Wandlers und führt zusätzlich zu störenden Resonanzen, wodurch die Qualität der Tonübertragung verschlechtert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es demgemäß, einen elektroakustischen Wandler der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei weitgehend verminderter Verzerrung in der Lage ist, einen starken Schalldruck zu erzeugen. Insbesondere soll der elektroakustische

Wandler einen einfachen Aufbau aufweisen, in dem Tusätzüche Schutzschichten wegfallea

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die beiden auf der feststehend-ai Elektrode unmittelbar aufgebrachten Elektret-Srhichten mit entgegengesetzter Polarisierung aufgeladen sind und ein steuerndes Ausgangssignal einer Signalquelle zwischen jeder der beiden Membranen und der feststehenden Elektrode so angelegt wird, daß der eine Anschluß der Signalquelle gemeinsam mit den beiden Membranen und der andere mit der feststehenden Elektrode elektrisch verbunden ist

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 gekennzeichnet

Die Vorteile der Erfindung ergeben sich insbesondere daraus, daß die Membranen gleichsinnig schwingen und der elektroakustische Wandler einen Schalldruck liefert, der doppelt so hoch ist wie derjenige be^; herkömmlicher? elektroakustischen Wandlern dieser Art. In dem neuen elektroakustischen Wandler liegen sich eine elektrischleitende Membran und ein Elektret gegenüber. Die Ladung auf der elektrischleitenden Membran, die sich in Abhängigkeit von der Signalspannung verändert, beeinflußt die Ladung auf den Elektreten und verursacht so eine starke elektrostatische Kraft zwischen Membrane und Elektret, wodurch der Schalldruck erhöht wird.

Mit einem luftdicht eingefügten Abstandsring aus Kupferfolie kann der Abstand zwischen Elektret und Membrane genau festgelegt werden; er ermöglicht eine elektrische Verbindung der Signalquelle mit der Membrane auf einfache Weise.

Zusätzliche verzerrungsmindernde Platten können neben den Membranen angeordnet sein, um Verzerrungen zu vermeiden, die auftreten können, wenn die Membran aufgrand der Ladung auf dem Elektret während der Ruheperiode zu der feststehenden Elektrode hin angezogen wird.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F1 g. I einen elektroakustischen Wandler gemäß der Erfindung im Querschnitt,

F i g. 2A bis 2C Schwingungsbilder verschiedener Wellen.

F i g. 3A und 3B den Verlauf des Klirr- oder Verzerrungsfaktors bzw. den Verlauf des Schalldrucks eines einfach wirkenden elektroakustischen Wandlers in Abhängigkeit von der Frequenz,

F i g. 4A und 4B den frequenzabhängigen Verlauf des Verzerrungsfaktors bzw. des Schalldrucks eines elektroakustischen Wandlers des Zug- und Drucktyps,

F i g. 5A und 5B den frequenzabhängigen Verlauf des Verzerrungsfaktors bzw. des Schalldrucks eines erfindungsgemäßen elektroakustischen Wandlers,

Fig.6 ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektroakustischen Wandlers bei welchem das schallerzeugende Signal zwischen der Membran und der stationären Elektrode angelegt wird, im Querschnitt,

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektroakustischen Wandlers, der mit zwei die Verzerrung mindernden Platten versehen ist, im Querschnitt,

Fig.8 ein anderes Ausführungsbeispiel eines elektroakustischen Wandlers gemäß der Erfindung, der mit einer eine Elektret-Schicht aufweisenden verzerrungsmindernden Platte versehen ist, im Querschnitt und

Fig.9 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines elektroakustischen Wandlers, bei welchem jede der Membranen mit einer Elektret-Schicht versehen ist

Eine feststehende, plattenförmige Elektrode 11 (Fig. 1} weist eine innere Elektrode 11a und zwei aus einem Elektret hergestellte Schichten 13 und 14 auf. Die innere Elektrode 11a besteht beispielsweise aus einer kreisrunden Aluminiumscheibe von 03 mm Stärke und mehreren Zentimeter Durchmesser und weist eine große Anzahl durchgehender Bohrungen 12 mit einem Durchmesser von etwa 1.5 mm auf. Die Summe der Querschnittsflächen der durchgehenden Bohrungen 12 beträgt ungefähr 30% des Stirnflächenquerschnitts der stationären Elektrodenplatte 11. Die Elektret-Schichten 13 und 14 sind auf beide Stirnflächen der inneren Elektrode 11a aufgebracht. Die Elektret-Schichten werden gebildet, indem eine 130 μ starke, aus einem hochmolekularen Werkstoff des Polytetrafluoräthylentyps in einem starken elektrischen Feld polarisiert wird. Die EJektret-Schichten 13 und i4 weisen öffnungen 15 bzw. 16 auf, die jeweils mit den durchgehenden Bohrungen 12 der inneren Elektrode 11a in Verbindung stehen. Den Elektret-Schichten 13 und 14 liegt jeweils eine als Membran ausgebildete Elektrode 17 bzw. 18 gegenüber. Die Membranen 17 und 18 decken die feststehende Elektrode 11 stirnseitig ganz ab. Abstandsringe 19 und 20, die aus Kupferfolie hergestellt und 50 μ stark sind, sind zwischen der Elektret-Schicht 13 und der Membrane i7 bzw. zwischen der Elektret-Schicht 14 und der Membrane 18 /wischengelegt, wodurch zwischen den genannten Teilen nach außen abgeschlossene Kammern 171, 181 gebildet sind. Die nach außen abgeschlossenen oder abgedichteten Kammern 171 und 181 stehen über die durchgehenden Bohrungen 12 der feststehenden Elektrode 11 miteinander in Verbindung. Hieraus ergibt sich, daß die Membranen 17 und 18 akustisch miteinander gekuppelt sind. Die Membranen 17 und 18 weisen jeweils eine 4 μ starke äußere Kunststoff-Schicht 17a bzw. 18a aus einem hochmolekularen Polyester-Werkstoff auf sowie einen 1 μ starken elektrisch leitenden Überzug 176 bzw. 186. der beispielsweise aus Aluminiumfolie hergestellt ist und jeweils an der inneren Oberfläche der äußeren Schicht 17a bzw. 18a angebracht ist. Der Außenumfang der Membranen 17 und 18 entspricht dem der feststehenden Elektrode 11. Die zahlenmäßigen Abmessungen sind so gewählt, daß der elektroakustische Wandler ein Hochtonlautsprecher-Bauteil ergibt. An den Überzügen 176und 186 der Membranen 17 bzw. 18 liegt die von der Sekundärwicklung eines Zusatztransformators 21 gelieferte tonerzeugende Signalspannung an. Die Primärwicklung des Transformators 21 wird durch eine Signalquelle 21a gespeist. Einige Einzelteile des in Fig. 1 dargestellten elektroakustischen Wandlers sind zwecks Darstellbarkeit und Erkennbarkeit in übertrieben großem Maßstab gezeichnet. Dasselbe gilt auch für die weiter unten erläuterten Ausführungsbeispiele.

Wenn die Elektret-Schichten 13 und 14 des beschriebenen elektroakustischen Wandlers eine negative Ladung (Polarisierungsspannung in der Größenordnung von 1000V) tragen, werden die leitenden Überzüge 176 und 186 der Membranen 17 bzw. 18, die den Elektret-Schichten 13 und 14 jeweils gegenüberliegen, positiv aufgeladen. Da die Elektret-Schichten 13 und 14 elektrisch nichtleitend sind, ist die feststehende Elektrode 11 gegenüber den Membranen 17 und 18, trotz der dazwischen liegenden leitenden Abstandsringe 19 und 20, elektrisch isoliert. Wird eine tonerzeugende Signalspannung von dem Transformator 21 über die

Abstandsringe 19 und 20 auf die Membranen 17 und 18 übertragen, so wird die positive Ladung auf der Seite der Membran 17 während einer positiven Wechselstrom-Halbwelle verstärkt und die Membran 17 dabei in die in F i g. 1 mit einem Pfeil B1 angedeutete Richtung angezogen oder ausgelenkt. Andererseits wird die positive Aufladung auf der Seite der Membran 18 abgeschwächt und die Membran 18 dabei in eine in Fig. 1 mit einem Pfeil B2 angedeutete Richtung abgestoßen. Während der negativen Wechselstrom-Halbwelle wird die Membran 17 in die durch einen Pfeil A 1 angedeutete Richtung abgestoßen und die Membran 18 in Richtung eines Pfeiles A 2 angezogen. Somit werden die beiden Membranen 17 und 18 bei jeder Halbwelle des tonerzeugenden Signals in der gleichen Richtung ausgelenkt und über die durchgehenden Bohrungen 12 akustisch miteinander gekuppelt. Dabei wird das tonerzeugende Signal in Schalldruck, d. h. in Schall umgewandelt.

Der hier beschriebene elektroakustische Wandler unterscheidet sich prinzipiell von einem herkömmlichen Wandler sowohl des einfachwirkenden Typs als auch des Zug- und Drucktyps. Was den Schalldruck anbelangt, nähen sich der erfindungsgemäße Wandler in seinen Eigenschaften dem einfachwirkenden Wandler. Was die Verzerrung anbelangt, nähen er sich in seinen Eigenschaften dagegen dem Zug- und Druckwandler. Demzufolge verbindet der erfindungsgemäße Wandler die Vorteile der beiden bekannten Wandlertypen miteinander und wird im folgenden als »doppelteinfacher Wandler« bezeichnet.

Der Schalldruck \P\ eines elektroakustischen Wandlers des elektrostatischen Typs kann allgemein durch folgende Formel ausgedrückt werden

2r

E₀E₁ ZM₁

(D

Hierin ist

Qa =

C₀ -a

ε₀ --

S ■-

E₀ -

£. =
ZMi-

Winkelfrequenz.

mittlere Dichte,

elektrostatische Kapazität,

Radius eines schwingenden Systems.

Die Elektrizitätskonstante des Vakuums.

Flächeninhalt des schwingenden Systems.

gemessener Abstand von der Vorder-

Mittelachse,

Polarisierungsspannung (Vorspannung).

statische Kapazität größer als C₀ und somit die entsprechende Konstante /('größer als K.

Bei Ka<\ (K=iu/c=2nf/c, wobei c die Schallgeschwindigkeit ist) und f> ία (f₀ ist die Resonanzfrequenz) verändert sich die effektive mechanische Impedanz in der Gleichung (1) in Abhängigkeit von der Winkelfrequenz, und es gilt die Beziehung

ZAf, = (M + 2Ma; · ω

mit der Masse Mder Membrane, wie unten zu erläutern sein wird. Für den einfachwirkenden, den Zug- und Druck- und den doppelteinfachen Wandler ergibt sich aus der Gleichung (1), daß die jeweiligen Schalldrucke ! P₅ [, I P_p I bzw. IP, I sind:

Pl . si —

oder

K =

(2)

Die Konstante (K) basiert auf der elektrostatischen Kapazität (Ci) bei nicht durch die PofansKStmgsspanta Richtung anf <Se feststehende Elektrode Ip₁I = κ·

2x3-2a³'
1

M+ 3 -2a³

effektive mediamscBe Impedanz (einschließlich schwingendes System, Luftbelastung, negative oderräcksteOendeStenigteö).

Der konstante Term der Gteidmng(l) ist darsteJfljar durch

g g

angezogener und sie gflt fBr Wandler des Zag- and Drucktype. Bei Wandlern des Bnfachtyps oder des doppelteinfacneB Typs, bei denes die Membran die Polarisienmgsspanirang in Richtung auf die

tshee Elektrode angezogen wird, ist die etektroworin </den Abstand zwischen den beiden Membranen bedeutet.

Da K' > K, folgt, daß I P₅1 > I Pp I. Im Hinblick auf den vorliegenden Erfindungsgegenstand ist der Ausdruck

|P,I = |PJ>|P_PI, d.h. |p,|>|p_p|

zu beweisen.

Wenn für den Wert </in der Gleichung (5) ein üblicher Wert von 2 bis 3 χ 10-³m gewählt wird, so ist 3 ■ 2a³ > π ■ a² ■ o₀ ■ d.

Durch einen Vergleich der beiden Gleichungen (4) und (5) ergibt sich, daß j P_p j > ] P, j. Wenn beispielsweise eine Membran mit einer schwingenden Fläche von 6 χ ΙΟ-⁴ m². einer Dichte von 1.4 und einer Stärke von 4 μ verwendet wird.

|p,l/|Ppl=i,7

(unter identischen Bedingungen entspricht dies einem Überschuß von 4,6 dB).

Hieraus ergibt sich, daß die Beziehung

Ip₁I = lP,i>|p_F|, d.h. |p,|>|p_f|

nachgewiesen ist Da bei dem erfindungsgemäßen doppeiteinfachen Wandler eine Membran nacti außen abgestoßen wird, während dfe andere Membran mit der feststehenden Elektrode in Berührang gebracht wird. ss verändert sich die Tonnmwandhings-Charakteristik BiCBt wesentlich. Demzräolge kann der Abstand d zwischen der Membrane and der feststehenden Elektrode tf beliebig veridemert werden. Bei den herkömmlichen erofachwnicenden und Zog- and Druckte wandlern kann, da die Membran so angeordnet ist daß sie die stationäre Elektrode nicht berühren kann, der Abstand rf nicht so ue werden, daß er kleiner als ein beSebtger vorgegebener Wert ist Somit kamt mit dem rasgemäßen Wandler en im Vergleich zn 6s den herkömmScben Wandlern groBer SchaOdrack erzeugt werden.

Bei elektroakustischen Wandlern des elektrostatischen Typs weist die eig eine quadratische

Charakteristik auf und es ergeben sich Schwierigkeiten insbesondere aus einer Verzerrung in der zweiten Harmonischen. Die zweitharmonische Verzerrung D des einfachwirkenden Wandlers kann folgendermaßen ausgedrückt werden:

D =

Z' m'
Z-Z'm²

φ-ΚΧΧ.%),

worin E\ = 160 V und E₀ = 1000 V bei ACa < I und k < /"ist. Der Verzerrungsfaktor beträgt hier 3,3%- Da bei einem Zug- und Druckwandler eine auf die Membrane einwirkende Antriebskraft vollkommen ausgeglichen ist, werden geradzahlige Harmonische einschließlich der zweiten Harmonischen theoretisch aufgehoben. Daraus ergibt sich, daß der Verzerrungsfaktor im wesentlichen gleich Null ist. Bei dem doppelteinfachen Wandler gemäß der Erfindung ist das schwingende System vollkommen ausgeglichen. 1st der Abstand zwischen den Membranen gering, so ist der Verzerrungsfaktor, wie im Falle des Zug- und Druckwandlers, theoretisch im wesentlichen gleich Null. Eine Verzerrung ergibt sich aus dem Unterschied der Schwingungsamplitude der Membran bei in Richtung auf die feststehende Elektrode angezogener Membran und bei von der feststehenden Elektrode abgestoßener Membran. Da bei einem einfachwirkenden Wandler eine solche Amplitudendifferenz als Schallabstrahlung auftritt, ergibt sich daraus eine starke Verzerrung. Beim Zug- und Druckwandler dagegen gleicht sich eine solche Amplitudendifferenz aus und die Verzerrung wird auf einen so nahe wie möglich bei Null liegenden Wert vermindert Bei dem erfindungsgemäßen Wandler sind die zwei Membranen je auf einer Seite der feststehenden Elektrode angeordnet und akustisch miteinander gekoppelt, so daß sie in der gleichen Richtung schwingen. Bei dieser Anordnung heben sich die Amplitudendifferenzen der beiden einzelnen Membranen gegenseitig auf, und die Verzerrung wird dadurch auf einen verschwindend kleinen Wert herabgemindert. Es sei nun angenommen, daß ein Signal in Form einer sinusförmigen Welle an die beiden Membranen 17 und 18 angelegt wird. Dann wird eine der Membranen 17 und 18 während einer Halbwelle des sinusförmigen Signals von der feststehenden Elektrode 11 abgestoßen und während der zweiten Halbwelle des Signals in Richtung auf die feststehende Elektrode 11 angezogen, woraus sich eine aus Fig.2A ersichtliche verzerrte Wellenform A ergibt. Die Wellenform A des Signals weicht während der zweiten Halbwelle stärker von da- Stausform ab. Andererseits wird die zweite Membran während einer HafoweBe des Signals in Richtung auf die feststehende Elektrode If angezogen and während der zweiten Hafcwefle von der feststehenden Elektrode ff abgestoßen, was eine aas Fig.2B erskfetficfae v Wellenform B ergärt. Die Wellenform B wekht während der erstes Halbwelle wen der Snrasform nach oben ab. Da aber die beiden Mejnbraneni7,l8äjerdiedarc3igebendenBohn

12 der feststehenden Elektrode ff ausc miteinander gekoppelt sind, werden die WeHenfonaen A and B mier kombiniert and ergeben eine aus Fig. 2C eisjche verzernmgsfreie Wellenform C die dem eingegebenen Signal formtreu ist Mathematisch kann die Schwiagoagsform einer Mre kurz folgendermaßen ausgedrückt werden:

und die Schwmgangsform der anderen Membrane folgendermaßen:

r₂(t)= -sin/ + K(sin t)².

(Diese Ausdrücke erhält man durch Herausgreifen der überwiegenden Glieder einer Fourierentwicklung.)

Die Schwingungsform der beiden miteinander kombinierten Membranen kann folgendermaßen ausgedrückt werden:

,ο /(0=/ι(0-/ϊ(ί)

= sin f + K (sin I)² - { - sin f + K (sin f)²} = 2 sin f.

Aus diesem Ausdruck ist ersichtlich, daß die kombinierte Welle vollkommen frei von zweitharmonischer Verzerrung ist und daß der Schalldruck einen maximal möglichen Wert aufweist. In den Fig.3A und 3B sind der Verlauf des Verzerrungsfaktors bzw. des Schalldrucks eines einfachwirkenden Wandlers über der Frequenz aufgetragen. In den F i g. 4A und 4B sind der Verzerrungsfaktor bzw. der Schalldruck eines Wandlers des Zug- und Drucktyps über der Frequenz aufgetragen und in den F i g. 5A und 5B schließlich der Verzerrungsfaktor- bzw. Schalldruck-Verlauf des doppelteinfachen Wandlers nach der Erfindung. Der Verzerrungsverlauf ist mit einer Meßeinrichtung gemessen worden, die so eingestellt war, daß bei einer Frequenz von 10 kHz der Ausgangspegel immer gleich war. Die als Verzerrungsfaktor dargestellte Verzerrung beträgt mehr als 3% im Fall des einfachwirkenden Wandlers und weniger als etwa 1% im Fall des Zug- und Druckwandlers und des doppelteinfachen erfindungsgemäßen Wandlers. Der aus den F i g. 3 bis 5 ersichtliche Schalldruck ist bei dem gleichen Eingangsleistungspegel gemessen worden. Aus diesen Figuren ist ersichtlich, daß

Aus den obengenannten Figuren ergibt sich außerdem, daß der erfindungsgemäße Wandler im Hinblick auf die Verzerrung und auf den Schalldruck besser ist als die bekannten Wandler.

Da die mit den beiden Elektret-Schichten 13 und 14 versehene feststehende Elektrode U beidseitig durch die Membranen 17 und 18 abgedeckt ist, ist es beim erfindungsgemäßen Wandler im Gegensatz zu herkömmlichen Wandlern nicht nötig, den Elektret noch mit einer weiteren schützenden Schicht abzudecken.

Daraus ergibt sich ein relativ einfacher Aufbau des erfmdnngsgentäßen Wandlers. Außerdem werden so anerwQsschte Resonanzen verhindert, die dctrcfa eine zusätzliche Schutzschicht erzeagt werden könntea. Daraus folgt, daß eine kiangtrene oder hi-fi-Wiedergabe errekfat wird, ohne die Tonqnaßtät dareh den Wandler ze verschlechcern. Deshafo ist dar erKudgagsgemäSe etefctroaknstische Wandler far Lautsprecher von Stereoanlagen besonders gat geeignet. Bei dem in Fig.6 dargestefiten ren Ausfüb rongsbeispiel der Erfindung weisen die beiden FJektret- Schichtes 13 end 14 entgegengesetzte Polarisieiongen ssf. Gn Ende der Sekundärwicktang des Transformators 21 ist mit den beiden Membranen 17 trod 18 und sein anderes Ende mit der feststehenden Elektrode 11 verbanden. Die weheren Teie entsprechen denen des vorbeschriebenen Ag;.ls und smd des hafo mit den gleichen Bezagszeicnen wie in F i g. 1 versehen.

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Es sei beispielsweise angenommen, daß die Elektret-Schicht 13 eine positive Ladung und die Elektret-Schicht 14 eine negative Ladung an der Oberfläche aufweist. Dann sind entsprechend die elektrisch leitenden Überzüge \7b und 180 der Membranen 17 bzw. 18 negativ bzw. positiv aufgeladen. Wird ein Wechselstromsignal zwischen den Membranen 17 und 18 und der feststehenden Elektrode 11 angelegt, so wird die negative Ladung der Membrane 17 während der positiven Halbwelle des Signals aufgehoben und die Membrane 17 in die durch einen Pfeil 4 1 (Fig.b) angedeutete Richtung abgestoßen, während die positive Aufladung der Membrane 18 verstärkt und die Membrane 18 in der durch einen Pfeil A 2 angedeuteten Richtung angezogen wird.

Während der negativen Halbwelle des Wechselstromsignals wird dagegen die Membran 17 in der durch einen Pfeil ßl angedeuteten Richtung und die Membran 18 in der durch einen Pfeil ß2 angedeuteten Richtung ausgelenkt. Auf diese Art werden die Membranen 17 und 18 gleichsinnig in Schwingung versetzt, und zwar mit einer dem Pegel des Wechselstromsignals entsprechenden Amplitude. Bei einem solchen elcktroakustischen Wandler wird die Ladung einer der Elektret-Schichten 13 und 14, die jeweils positiv oder negativ geladen sind, während jeder (positiven oder negativen) Halbwelle des Wechselstromsignals verstärkt. Aus diesem Grund wird die zwischen der feststehenden Elektrode und einer Membran wirkende abstoßende Kraft groß im Vergleich mit der zwischen der feststehenden Elektrode und einer Membran wirkenden anziehenden Kraft. Demzufolge liefert dieser Wandler einen etwa doppelt so hohen Schalldruck als der zuerst beschriebene Wandler. Bei dem vorliegenden elektroakustischen Wandler, bei welchem die Schwingungsamplitude der Membran in der Richtung der Abstoßung kleiner ist als in der Richtung der Anziehung, wird die Amplitudendifferenz ausgeglichen und die von der Amplitudendifferenz herrührende Verzerrung weitestgehend gemindert.

Befindet sich ein elektroakustischer Wandler gemäß den F i g. 1 oder 6 im Ruhezustand, d. h., es wird kein Signal auf ihn übertragen, so werden die Membranen 17 und 18 in einem stabilen Zustand gehalten, in dem sie elektrostatisch in Richtung auf die feststehende Elektrode 11 angezogen werden. Das Schwingungssystem, wenn es sich in einem solchen völlig ausgeglichenen Zustand befindet erzeugt theoretisch keine Verzerrung. In der Praxis ist es allerdings schwierig ein Schwingangssystem vollkommen abzugleichen. Deshalb fet d&ß schwingende System, aach warn es sich ia «nein £JB5tatK3 DcfilKieZ« alra gcwiSScn Ydtcnung ersichtlich angeordnet, d. h., sie schließen sich jeweils außen an die Membran 17 bzw. 18 an. Abstandsringe 22 und 23 einer vorgegebenen Stärke sind zwischen der Membran 17 und der verzerrungsmindernden Platte 24 bzw. zwischen der Membran 18 und der verzerrungsmindernden Platte 25 eingefügt. Bei dieser Ausführung sind zwischen der verzerrungsmindernden Platte und der jeweiligen Membran magnetische Kräfte vorhanden, die den elektrostatischen Kräften entgegenwirken

ίο und während des Ruhezustandes die Membran in Richtung auf die feststehende Elektrode 11 drücken. Als Folge hiervon ist die Membran zwischen der verzerrungsmindernden Platte und der feststehenden Elektrode ausbalanciert und befindet sich damit in einer stabilen Gleichgewichtslage. Hierdurch wird eine Verzerrung verhindert. Abweichend hiervon kann auch nur eine verzerrungsmindernde Platte entweder neben der Membran 17 oder neben der Membran 18 vorgesehen werden.

Aus Fig.8 ist eine weitere Abwandlung eines erfindungsgemäßen Wandlers mit verzerrungsmindernder Wirkung ersichtlich. Neben einer der Membranen, hier beispielsweise die Membran 18, ist eine verzerrungsmindernde Platte 28 angeordnet. Diese Platte 28 ist auf der der Membran 18 zugewandten Seite mit einer Elektret-Schicht 27 versehen und von der Membran 18 durch einen Abstandsring 26 mit vorgegebener Stärke getrennt. Während des Ruhezustands wirken von beiden Seiten gleiche elektrostatische Kräfte auf die Membran 18 und diese ist demnach zwischen der feststehenden Elektrode 11 und der verzerrungsmindernden Platte 28 ausbalanciert, so daß sie sich in einer stabilen Gleichgewichtslage befindet. Dadurch wird ein Auftreten von Verzerrungen verhindert.

Die in den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen an den beiden gegenüberliegenden Stirnflächen der feststehenden Elektrode 11 vorgesehenen Elektret-Schichten 13 und 14 können auch, wie in Fig.9 dargestellt, jeweils an der innenliegenden Stirnfläche der Membranen 17 und 18 angeordnet sein. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Elektret-Schichten jeweils auf der Stirnfläche der Membran befestigt die der feststehenden Elektrode 11 gegenüberliegt Die Elektret-Schichten 13 und 14 sind auch hier luftdicht gegen die umgebende Atmosphäre verschlossen. Die Membranen 17 und 18 sind jeweils aus einem elektrisch leitenden Werkstoff hergestellt Damit ist eine elektrische Verbindung mit der Sekundärwicklung des Transformators 21 in einfacher Weise herzustellen.

Die Ausführungsbeispiele nach den F i g. 7, 8 und 9

Das in Fig.7 dargesteQts weitere Agsbeispiel ejaes emäBen Wandlers ist ma die eben besdiebene Verzerrang vofTkoeimen zu wmeidea, mit zwei magnerisierten, riden Platten 3* und 25 versdwn. «Be jeweüs Löcher 2*s and 25aen. Die Plattes 24and 25sind wie ans F ig. 7 Sigsa!qHefle2I:riängesiM>5sensein.

Wie oben bereits get ermögBcfat es «Se Erftodnng einen elektroakastischen Wandler des etektrostatiscfeen Tj^s M scMlfea, der sicli gegenSjer des bekannten Wandlern dasda einen größeren SchaBdracfc eine verminderte Verzerrung anszekAnet. Der

g
erfindtragsgemälte Wandler ist als Hochtoniaalsprecher

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektroakustischer Wandler mit einer feststehenden plattenförmigen Elektrode, deren beiden Stirnflächen aus einem Elektret hergestellte Schichten zugeordnet sind, mit zwei als Gegenelektroden ausgebildeten und mit der inneren Elektrode zusammenwirkenden Membranen, die in einem vorgegebeneu Abstand von den beiden Stirnflächen der feststehenden Elektrode angeordnet sind und die Ober mehrere durchgehende Bohrungen in der feststehenden Elektrode akustisch miteinander gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden auf der feststehenden Elektrode (11) unmittelbar aufgebrachten Elektret-Schichten (13, 14) mit entgegengesetzter Polarisierung aufgeladen sind und ein steuerndes Ausgangssignal einer Signalquelle (21a) zwischen jeder der beiden Membranen (17, 18) und der feststehenden Eiektrode (11) so angelegt wird, daß der eine Anschluß der Signalquelle (21a) gemeinsam mit den beiden Membranen (17, 18) und der andere mit der feststehenden Elektrode (11) elektrisch verbunden ist.

2. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen (17, 18) eine äußere Schicht (17a, 18a) aus einem hochmolekularen Polyesterwerkstoff und einen inneren, den Elektret Schichten (13, 14) zugewandten, elektrisch leitenden Überzug (176, 18ft) aufweisen.

3. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der feststehenden Elektrode (11) und jede der Membranen (17, 18) je ein Abstandring (19, 20) aus Kupferfolie in luftdichter Verbindung eingefügt ist.

4. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß neben mindestens einer der Membranen (17, 18) zusätzlich in einem vorgegebenen Abstand eine verzerrungsmindernde Platte (24,25) angeordnet ist.

5. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verzerrungsmindernde Pla"e (24, 25) aus einem magnetisierten Werkstoff besteht.

6. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verzerrungsmindernde Platte (28) auf ihrer der Membran (17, 18) zugewandten Seite mit einer Elektret-Schicht (27) versehen ist.