DE2915637A1 - Elektroakustischer wandler und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Patentanwälte D > ρ '>. - ί η g. C U rt W a 11 a c h

Dipl.-Ing. Günther Koch

• i> · Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-lng.

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 18. April 1979

Unser Zeichen: 16 605 -

Anmelder: Polaroid Corporation

5^9 Technology Square
Cambridge, Mass. 02139 USA

Bezeichnung: Elektroakustischer Wandler und

Verfahren zu seiner Herstellung

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ORIGINAL INSPECTED

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektroakustischen Wandler allgemein und insbesondere auf die bei derartigen Wandlern benutzten schwingungsfähigen Membranen.

Elektroakustisch^ Wandler der kapazitiven Bauart sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Bei derartigen Wandlern ist eine Membran vorgesehen, die eine Isolierschicht und eine elektrisch leitfähige Oberfläche aufweist, und mit der Isolierschicht in Berührung mit einer genuteten unregelmäßigen elektrisch leitfähigen Oberfläche einer im wesentlichen nicht flexiblen das Widerlager bildenden Scheibe steht. Der Umfang der Membran wird gegenüber dem Wandlergehäuse festgehalten und eine Federkraft drückt diese Widerlagerscheibe in Spannungseingriff mit der Membran. Die Isolierschicht, die elektrisch leitfähige Oberfläche der Membran, die eine erste Elektrode bildet und die elektrisch leitfähige Oberfläche der Widerlagerscheibe, die eine zweite Elektrode darstellt, bilden einen Kondensator, so daß bei Anlegen einer Gleichstromvorspannung über den Elektroden die Unregelmäßigkeiten in der Widerlager-Oberfläche konzentrierte, lokalisierte elektrische Felder in der Isolierschicht aufbauen. Wenn der Gleichstromvorspannung ein Wechselspannungssignal überlagert wird, dann wird die Isolierschicht derart beansprucht, daß sich eine Schwingung aufbaut, die eine akustische Wellenfront zur Folge hat, die von der Membran abgestrahlt wird. Eine empfangene akustische Wellenfront, die auf die Isolierschicht auftrifft, erzeugt eine veränderbare Spannung über den Kondensatorelektroden.

Eine extrem wichtige Konstruktionsüberlegung für einen solchen Wandler stellt das Ausmaß der Spannung in der Wandlermembran dar. Abgesehen von Faktoren wie Resonanzfrequenz und Ausgangsgröße beeinflußt auch die Membranspannung die Wandlerempfindlichkeit in wenigstens zweifacher Hinsicht. Innerhalb von Grenzen liefert eine geringere Membranspannung eine größere

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Empfangsempfindlichkeit. Außerdem kann eine unzweckmäßige Membranspannung ein Beanspruchungsmuster in die Membran einleiten, das eine Runzelbildung der Membran zur Folge hat, wodurch die Möglichkeit der Membran beeinträchtigt wird, gleichmäßig die Oberfläche der Widerlagerscheibe zu berühren. Eine solche ungleichförmige Membranberührung beeinträchtigt unmittelbar den Wirkungsgrad des Wandlers und dadurch indirekt die Wandlerempfindlichkeit» Da eine runzlige Membran die Widerlageroberfläche ungleichförmig berührt, erzeugen jene Bereiche der runzligen Membran,die in einem beträchtlichen Abstand von der Oberfläche entfernt liegen, eine geringere Kapazitätsänderung pro Einheit der Membranbewegung infolge einer empfangenen akustischen Wellenfront,oder als Sender liefern sie eine Wellenfront geringerer Größe im Vergleich mit jenen Membranbereichen, die nicht so weit von der Widerlageroberfläche entfernt liegen. Dies ist noch schwerwiegender beim Enpfang eines akustischen Signals wenn der Signalpegel niedrig ist als bei der Aussendung eines Signals, wo die Signalpegel relativ hoch sind. Außerdem tritt dies noch schwerwiegender bei einem kleinen elektroakustischen Wandler in Erscheinung, bei denen die Empfindlichkeit notwendigerweise niedrig ist, weil sie kleinere Abmessungen besitzen, während größere elektroaküstische Wandler mit größeren Wandlerbauteilen eine höhere Empfindlichkeit aufweisen.

Bei den bekannten elektroakustischen Wandlern ist der Umfang der Membran festgeklemmt und die Spannung der Membran beträgt entweder Null oder sie weist eine vorbestimmte Größe auf, bevor sie mit der Widerlagerplatte in Eingriff kommen. Bei solchen Wandlern wird die Membranspannung durch richtige Anpassung der Widerlagerplätte an die Membran entweder eingeführt oder vergrößert. Diese Art der Membranspannung erzeugt aber notwendigerweise wenigstens einige die Empfindlichkeit vermindernde Fältchen, insbesondere wenn die Widerlagerscheibe einen erhöhten

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Mittelabschnitt hat, der gelegentlich als "Krone" bezeichnet wird. Wenn derartige Membranfältchen oder Bunzeln vermindert oder gänzlich vermieden werden können, die zwischen der Membran und der elektrisch leitfähigen Oberfläche der Widerlagerplatte auftreten, dann führt dies zu einem verbesserten Wirkungsgrad des Wandlers und dadurch erhöht sich seine Empfindlichkeit.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, um den Wirkungsgrad und damit die Empfindlichkeit eines elektroakustisehen Wandlers jener Bauart beträchtlich zu verbessern, bei der eine schwingungsfähige Membran mit einer hiervon berührten Widerlagerscheibe zusammenwirkt. Nach der Erfindung wird der äußere Bereich der schwingungsfähigen Membran an einer festen Stelle gegenüber dem Gehäuse des Wandlers angeordnet, nachdem der Innenbereich der Membran über eine öffnung in dem Gehäuse gefügt wurde, und zwar versetzt von einer Ebene durch den äußeren Membranbereich. Indem auf diese Weise der innere Membranbereich versetzt wird, werden Falten, die sonst an der Zwischenfläche zwischen Membran und Widerlagerscheibe entstehen, nach einem Teil der Membran hin bewegt, wo diese Falten den Wirkungsgrad oder die Empfindlichkeit des Wandlers nicht beeinträchtigen können, wenn die Widerlagerplatte an die Membran angepaßt ist.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Pig. IA eine auseinandergezogene Ansicht eines elektroakustischen Wandlers, der den Stand der Technik repräsentiert;

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Pig. IB einen Axialschnitt des Wandlers gemäß Fig. 1
im zusammengebauten Zustand;

Fig. IC eine Draufsicht auf die Wandlermembran gemäß

Fig. IB, wobei das Beanspruchungsmuster in der Membran gekennzeichnet ist;

Fig. 2A eine Ansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten elektroakustischen Wandlers, teilweise zusammengebaut und teilweise auseinandergezogen dargestellt;

Fig. 2B einen Axialschnitt des in Fig. 2A dargestellten Wandlers im komplett zusammengebauten Zustand;

Fig. 2C eine Draufsicht auf die Wandlermembran des

Wandlers gemäß Fig. 2B, wobei das Beanspruchungsmuster der Membran gekennzeichnet ist;

Fig. 3A einen Axialschnitt von Wandlergehäuse, Membran und Zusammenbauwerkzeug in einer Stellung während des Zusammenbaus des Gehäuses;

Fig. 3B einen Axialschnitt von Wandlergehäuse, Membran und Zusammenbauwerkzeug gemäß Fig. 3A, wobei die Membran in versetzter Stellung am Gehäuse festgelegt dargestellt ist;

Fig. 4 A einen Schnitt eines den Stand der Technik bildenden Wandlers mit einer flachen Membran, die mit einer flachen Widerlagerplatte in Berührung steht;

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Fig. 4B eine Draufsicht auf die Membran des Wandlers gemäß Fig. 4A, wobei das Beanspruchungsmuster in dieser Membran dargestellt ist;

Fig. 5A eine Schnittansicht eines Teils eines den Gegenstand der Erfindung bildenden elektroakustischen Wandlers mit versetzter Membran, die in Berührung mit einer flachen Widerlagerplatte steht;

Fig. 5B eine Draufsicht auf die Membran des Wandlers gemäß Fig. 5 A, wobei das Beanspruchungsmuster in der Membran dargestellt ist;

Fig. 6a einen Schnitt eines bekannten elektroakustischen Wandlers mit relativ großem Querschnitt;

Fig. 6b eine Ansicht eines Teils eines elektroakustischen Wandlers mit versetzter Membran, was zu einem Wandler mit gegenüber dem Wandler nach Fig. 6A verminderten Querschnitt führt.

Zunächst wird auf Fig. IA Bezug genommen, die einen elektroakustischen Wandler 10 bekannter Bauart zeigt. Der Wandler 10 weist ein zylindrisches Gehäuse 12 auf, das ein offenes Ende 14 und ein teilweise geschlossenes perforiertes Ende 16 besitzt. Das Gehäuse 12 besitzt außerdem einen Flansch 18 nahe am offenen Ende 14 des Gehäuses 12. Über die öffnung 14 erstreckt sich eine flache schwingungsfähige Membran 20, die zwischen dem Membranträgerring 22 und dem Gehäuse 12 zu liegen kommt. Der Membranträgerring 22 hat kreisförmige Gestalt und besitzt eine Mittelöffnung 25 und ein Flanschende, welches mit dem Flansch 18 des Gehäuses zusammenwirkt. Die Widerlager-

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scheibe 24 kreisförmiger Gestalt weist eine ausgewölbte elektrisch leitfähige Oberfläche auf, die mit der Membran 20 in Berührung gelangt. Eine Blattfeder 2.6 liefert jene Kraft, die die Widerlagerscheibe 24 an die Membran 20 angedrückt hält. Nach dem Zusammenbau befinden sich die Wandlerbauteile gemäß Fig. IA in der Stellung wie sie aus Fig. IB ersichtlich ist.

Fig. IB stellt einen Axialschnitt der Wandlerbauteile gemäß Fig. 1 im zusammengebauten Zustand dar. Der Wandler gemäß Fig. IB wird dadurch zusammengebaut, daß eine gleichförmige Radialkraft auf die Membran 20 ausgeübt wird, um die Membran in einer relativ flachen Ebene zu halten und dann wird die Membran 20 über die öffnung 14 (Fig.l) des Gehäuses 12 gefügt. Während die Membran 20 in dieser ebenen Orientierung gehalten wird, wird der Umfang der Membran 20 zwischen dem Flanschende des Rings 22 und dem Flansch 18 des Gehäuses 12 eingespannt, und dann wird das offene Ende des Gehäuses 12 auf den Ring 22 aufgebördelt, der den Umfang der Membran 20 gegenüber dem Gehäuse 12 festlegt. Dann wird die gewölbte Widerlagerscheibe in die öffnung 25 des Spannringes 22 derart eingefügt, daß die ausgewölbte Oberfläche der Widerlagerscheibe 24 die Membran 20 berührt, so daß die Membran 20 etwa die gleiche Form erhält wie die ausgewölbte Oberfläche der Widerlagerscheibe 24. Wenn die Widerlagerscheibe 24 auf diese Weise eingefügt ist, wird die Blattfeder 2.6 durch öffnungen ' 28 im Spannring 22 derart eingeführt, daß der Mittelabschnitt der Blattfeder 2.6 gegen die Widerlagerplatte 24 drückt und die Enden der Blattfeder 26 gegen die Ränder der öffnungen 28 des Spannrings 22 abgestützt sind. Wenn die Blattfeder auf diese Weise festgelegt ist, dann behält die Membran die allgemeine Form der ausgewölbten Oberfläche der Widerlagerscheibe 24 bei. Wenn der Wandler 10 auf diese Weise zusammengebaut wird, dann ergeben sich Fältehen 30 an dem nicht einge-

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spannten Umfang der Membran 20 infolge einer ungleichförmigen Spannungsverteilung, die in die Membran 20 eingeführt wird, wenn die Widerlagerscheibe 24 in der beschriebenen Weise die Membran 20 vollständig berührt. Die Pältchen 30, die am Umfang des nicht eingespannten Abschnitts der Membran 30 auftreten, sind in Pig. IB zur Veranschaulichung übertrieben dargestellt und aus Fig. IC sind diese Fältchen deutlicher erkennbar .

FIg. IG zeigt in einer Draufsicht auf die Wandlermembran 20 gemäß Fig. IB die durch die ungleichmäßige Spannungsverteilung in der Membran 20 erzeugte Fältchenbildung in weiteren Einzelheiten. Das Bezugszeichen 32 gibt die äußere Begrenzung der Berührungsfläche zwischen Widerlagerscheibe 24 (Fig. IB) und Membran 20 an, und das Bezugszeichen 34 bezeichnet die innere Begrenzung der Berührungsfläche zwischen Spannring 22 (Fig. IB) und Membran 20. Wie aus Fig. IC ersichtlich, erstrecken sich die Fältchen 30 bis in die Berührungsfläche zwischen Membran 20 und Widerlagerplatte 24. Die Wirkung dieser Fältchen bzw. Runzeln besteht darin, daß die Berührungsfläche ziwschen den Bestandteilen vermindert wird, und dies führt wiederum zu einem Verlust an Wandlerwirkungsgrad und zu einer verminderten Empfindlichkeit.

Nunmehr wird auf Fig. 2A der Zeichnung Bezug genommen. Diese zeigt einen elektroakustischen Wandler 36 gemäß der Erfindung im teilweise zusammengebauten und teilweise auseinandergezogenen Zustand. Der Wandler 36 besitzt ein zylindrisches Gehäuse 38 mit einem offenen Ende 40 und einem teilweise geschlossenen Ende 42. Das zylindrische Gehäuse 38 besitzt ebenfalls einen Flansch 44 in der Nähe des offenen Endes 40. Kine kreisrunde schwingungsfähige Membran 46 weist einen am Umfang befestigten Papierspannring 48 auf, durch den eine geringe gleichförmige radial nach außen gerichtete Kraft auf die Mem—

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bran 46 ausgeübt wird. Diese Membran 46 ist in die Öffnung 40 des Gehäuses 38 eingesetzt und ruht auf dem Flansch 44 des Gehäuses 38. Ein Membranträger ring 50 kreisförmigen Querschnitts mit einer Mittelöffnung 5I. besitzt ein Planschende, das an dem Papierring 48 angreift und dieser Ring 50 wird am Umfang der Membran 46 festgelegt. Ein dem Zusammenbau dienendes Werkzeug (Pig. 3A) hat die Membran 46 auf die Gestalt der Oberfläche 52 der Widerlagerplatte 5^ vorgeformt, und während die Membran 46 in diesem vorgeformten Zustand befindlich war, wurde das offene Ende 40 des Gehäuses 38 auf das Planschende des Trägerrings 50 umgebördelt. Der Trägerring 50 hält den Umfang der Membran 46 in einer festen Lage gegenüber dem Gehäuse 38 fest und dies führt dazu, daß der innere Bereich der Membran 46 von einer Ebene versetzt liegt, die durch den eingespannten Umfang der Membran 46 definiert ist. Eine kreisrunde Widerlagerscheibe 54 weist eine aufgewölbte elektrisch leitfähige Oberfläche 52 auf, die mit der Membran 46 in Berührung steht. Eine Blattfeder 56 liefert die, Kraft, die die Widerlagerscheibe 54 in Eingriff mit der Membran 46 hält. Im fertig zusammengebautem Zustand befinden sich die Wandlerbestandteile der Fig. 2A in der in Fig. 2B dargestellten Stellung.

Fig. 2B stellt einen Axialschnitt der in Fig. 2A ersichtlichen Wandlerelemente fertig zusammengebaut dar. Die aufgewölbte Widerlagerscheibe 54 liegt in der Öffnung 5I des Trägerrings 50 derart, daß die ausgewölbte Oberfläche 52 der Widerlagerplatte 54 die Membran 46 berührt. Wenn die Widerlagerplatte 54 auf diese Weise angeordnet ist, dann wird die Blattfeder 56 durch Öffnungen 58 des Trägerrings 50 derart hindurchgeführt, daß der Mittelabschnitt der Blattfeder 56 gegen die Widerlagerplatte 54 drückt und die Enden der Blattfeder 56 sich gegen die Begrenzungen der Öffnungen 58 des Trägerririgs 50 abstützen. Wenn der Wandler 36 auf diese Weise zusammen-

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gebaut ist, dann sind alle Fältchen, die sonst in der Berührungsfläche zwischen Membran 46 und Widerlagerseheibe 54 auftreten, aus der Berührungsfläche heraus und in den Umfang der Membran 46 hineinverlegt. Die Lage dieser Fältchen in Bezug auf die Berührungsfläche zwischen Membran 46 und Widerlagerplatte 5^ ist deutlicher aus Fig. 2C ersichtlich.

Fig. 2C zeigt eine Draufsicht der Wandlermembran 46 nach Fig. 2B, wobei die Lage der Fältchen in der Membran 46 in Bezug auf die Berührungsfläche zwischen Membran 46 und Widerlagerplatte 54 ersichtlich ist. Das Bezugszeichen 6o kennzeichnet die äußere Grenze der Berührungsfläche zwischen Widerlagerscheibe 54 (Fig. 2B) und Membran 46 und das Bezugszeichen 62 kennzeichnet die äußere Begrenzung der Membran 46. Aus Fig. 2C ist ersichtlich, da3 die Fältchen, die in die Membran 46 eingeführt werden, während diese Membran 46 mit dem Gehäuse 38 zusammengebaut wird, auf den Bereich zwischen Grenzlinie 60 von Berührungsfläche zwischen Membran 46 und Widerlagerplatte 5^· und äußerste Begrenzung 62 der Membran 46 und Trägerring-Berührungsfläche begrenzt sind. Durch Zusammenbau des Wandlers 36 auf diese Weise kommt eine gleichförmige Berührung zwischen der Membran 46 und der gekrümmten Oberfläche der Widerlagerscheibe 54 (Fig. 2A) zustande, und es erfolgt eine gleichförmige Spannung der Membran 46, was wiederum den Wirkungsgrad des Wandlers 36 und die Empfindlichkeit gegenüber einem bekannten Wandler 10 verbessert.

Beim Zusammenbau des Wandlers 36 gemäß Fig. 2A wurde ein Zusammenbauwerkzeug erwähnt, um die Membran des Wandlers 36 auf die Gestalt der gewölbten Widerlageroberfläche vorzuformen. Dieses Zusammenbauwerkzeug 61 für den Wandler 3ö ist in Fig. 3A dargestellt. Das Gehäuse 38 des Wandlers 36 (Fig.2B) wird in einem Gehäuseträger 64 derart angeordnet, daß der Flansch 44 des Gehäuses 38 auf einer entsprechenden Stufe

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des Gehäuseträgers 64 aufliegt. Die Membran 46 wird dann zusammen mit dem Papierspannring 48,der am Umfang der Membran mittels eines Klebers befestigt ist, in die öffnung 40 des Wandlergehäuses 38 derart eingelegt, daß die Membran auf dem Flansch 44 aufliegt. Der Zweck des Spannrings 48 besteht darin, zeitweilig den Umfang der Membran 46 in einer ebenen Orientierung zu halten. Außer dem Trägeraufbau 64 weist das Zusammenbauwerkzeug 61 eine zylindrische Stange 66, eine zylindrische Hülse 68 und einen Bördelring 70 auf. Die Stange 66 weist ein gewölbtes Ende 72 auf, welches die gleiche Krümmungsgestalt hat wie die gekrümmte Oberfläche 52 der Widerlagerplatte 54 (Fig. 2A). Die Hülse 68 ist konzentrisch bezüglich der vertikalen Mittelachse durch die Stange 66 angeordnet und in Richtung der Mittelachse längs der zylindrischen äußeren Oberfläche der Stange 66 gleitbar. Die Hülse 68 weist einen abgestuften Endabschnitt auf, auf dem der Blendenspannrlng 50 aufsetzbar ist bevor er mit dem Gehäuse 38 fest verbunden wird. Der Bördelring 70,der konzentrisch zur Mittelachse durch die Stange 66 gelagert ist, kann längs der zylindrischen äußeren Oberfläche der Hülse 68 verschoben werden. Das Ende des Bördelringes 70 weist einen verjüngten Endabschnitt auf, um das offene Ende des Gehäuses 38 auf den Spannring 50 zu bördeln, nachdem dieser Ring 50 in die öffnung 40 des Gehäuses 38 soweit eingelegt ist, daß der Spannring 48 berührt wird. Wenn der Trägerring 50,die Membran 46, der Spannring 48 und das Gehäuse 38 in der Stellung nach Fig. 3A befindlich sind, dann ist die Membran 46 bereit zur Verformung ihres inneren Bereichs und dieser Bereich wird gegenüber dem Umfangsbereich in einer festen Lage gegenüber dem Gehäuse 38 gehalten. Fig. 3B veranschaulicht die Stellung des Zusammenbauwerkzeugs 61 wenn die Membran 46 auf die Gestalt der gekrümmten Oberfläche 52 der Widerlagerplatte 54 vorgeformt ist (Fig. 2A) und der Umfang der Membran 46 in einer festen Lage gegenüber dem Gehäuse 38 und dem Trägerring 50 angeord-

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net ist.

Pig. 3B stellt einen Axialschnitt von Wandlergehäuse 38 und Membran 46 nach Fig. J>k dar, wobei die Membran 46 vorgeformt und fest mit dem Gehäuse 38 verbunden ist. Die Membran wurde dadurch vorgeformt, daß die gewölbte Oberfläche 72 der Stange 66 an die Membran 46 angelegt wurde. Wenn das gewölbte Ende der Stange 66 die Membran 46 berührt, dann wird der Innenbereich der Membran 46 gegenüber einer Ebene durch den Umfang der Membran 46 versetzt. Da die innere Membran 46 auf diese Weise versetzt wurde, überwindet die auf die Membran 46 durch die Stange 66 ausgeübte Kraft die Spannkraft, die durch den Papierspannring 48 ausgeübt wird, so daß sich der Umfang der Membran 46 gleichförmig nach innen bewegt. Nachdem der innere Bereich der Membran 46 im vollen Ausmaße versetzt ist, bringt die Hülse 68 den Trägerring 50 in Paßeingriff mit dem Spannring 48, wodurch der Umfang der Membran 46 in fester Lage gegenüber dem Gehäuse J>8 und dem Trägerring 50 gehalten wird. Während der Umfang der Membran 46 in einer festen Lage gegenüber dem Gehäuse 38 und dem Trägerring 50 gehalten wird, bewegt sich das verjüngte Ende des Bördelrings 70 nach unten und kommt in Eingriff mit dem offenen Ende des Gehäuses 38, wodurch das offene Ende des Gehäuses 38 auf den Tragring 50 gebördelt wird, der den Umfang der Membran 46 in einer festen Lage gegenüber dem Gehäuse 38 und dem Trägerring 50 festhält. Die Stange 66, die Hülse 68 und der Bördelring 70 werden dann vom Gehäuseaufbau 64 wegbewegt und der so vorgefertigte Membranaufbau wird vom Gehäuseträger 64 entfernt.

Fig. 4a stellt eine Schnittansicht eines Teils eines elektroakustischen Wandlers dar, wobei die flache Membran des Wandlers in Berührung mit einer flachen Widerlageroberfläche steht. Dies ist Stand der Technik. Dabei wird die Membran 74 in ebener Ausrichtung durch Spannmittel 76 getragen, die von einem herkömmlichen Wandlergehäuse (nicht dargestellt) getragen

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werden. Eine relativ flache Oberfläche der Widerlagerplatte 78 berührt die Membran 74 und dieser Berührungseingriff wird durch eine Feder 8O aufrecht erhalten. Obgleich sogar eine relativ flache Widerlageroberfläche die relativ flache Membran berührt, wird ein Palten bildendes Beanspruchungsrauster in die Membran 74 durch Berührung mit der Widerlagerplatte eingeführt. Dieses Beanspruchungsmuster, das in die Membran 74 eingeleitet wurde, läßt sich deutlicher aus der Draufsicht der Membran 74 in Pig. 4B erkennen.

In Fig. 4B bezeichnet das Bezugszeichen 82 die äußere Begrenzung der Berührungsfläche zwischen Membran JH und Widerlagerplatte 78 (Fig. 4A). Das Bezugszeichen 84 bezeichnet die innere Grenze der Berührungsfläche zwischen Membran 74 und Träger J6. Wie aus Fig. 4B ersichtlich, stehen Falten in die Berührungsfläche zwischen Membran 74 und Widerlagerplatte 78 ein, die die Berührungsfläche zwischen diesen Bestandteilen vermindern, was wiederum zu einer Verminderung des Wirkungsgrades und der Emfpindlichkeit führt. Wenn auch die Fältchenbildung in der Membran 74 geringer ist als bei einer flachen Membran, die anschließend auf eine gewölbte Widerlageroberfläche aufgelegt wird, so ist das Ausmaß der Fältchenbildung groß genug um den Wirkungsgrad des Wandlers merklieh zu beeinträchtigen und dessen Empfindlichkeit herabzusetzen. Dieser verminderte Wirkungsgrad kann zusammen mit der hieraus resultierenden Verringerung der Empfindlichkeit dadurch vermieden werden, daß der innere Bereich der Membran ¹Jh gegenüber der Ebene 86,die durch die Berührungsfläche zwischen Membran 74 und Spannvorrichtung 76 geht, versetzt wird, und zwar durch ein Verfahren, wie dies vorstehend beschrieben wurde. Eine solche Anordnung ist in Fig. 5A dargestellt.

In Fig. 5A ist ein Axialsehnitt eines Teils eines elektroakustischen Wandlers dargestellt, der eine versetzte Membran

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88 aufweist., die mit einer flachen Widerlageroberfläche in Berührung steht und gemäß den Lehren der Erfindung ausgebildet ist. Der Umfang der Membran 88 wird durch Spannmittel 90 eben ausgespannt, und die Spannmittel 90 werden von einem herkömmlichen Wandlergehause (nicht dargestellt) getragen. Der innere Bereich der Membran 88 wurde gegenüber der Ebene

90 durch den Umfang der Membran 88 versetzt bevor die flache Oberfläche 9I der Widerlagerplatte 92 in Eingriff mit der Membran 88 gebracht und in dieser Eingriffsstellung durch die Feder 9^ gehalten wurde. Sämtliche Fältelungen, die in die Membran 88 durch Berührung von Membran 88 mit der Oberfläche

91 der Widerlagerplatte 92 eingeleitet wurden, treten im äußeren Abschnitt des Bereichs der Membran 88 auf und nicht in jenem Bereich der Membran 88, die die Oberfläche 9I der Widerlagerplatte 92 berührt. Die Lage der Fältchen in der Membran 88 nach voller Berührung mit der Widerlagerplatte

92 läßt sich deutlicher aus der Draufsicht gemäß Fig. 5B erkennen.

In Fig. 5B bezeichnet das Bezugszeichen 66 die äußere Grenze der Berührungsfläche zwischen Membran 88 und Widerlagerplatte 92 (Fig. 5A). Das Bezugszeichen 98 kennzeichnet die innere Grenze der Berührungsfläche zwischen Membran 88 und Träger 90. Wie aus Fig. 5B ersichtlich, bewegen sich die Fältchen in der Membran 88 nach dem Bereich zwischen den Grenzen 96 und 98 wenn die Widerlagerplatte 92 voll die Membran 88 erfaßt hat, wodurch die Berührungsfläche zwischen diesen Bauteilen vergrößert wird, was wiederum eine Erhöhung des Wandlerwirkungsgrades und seiner Empfindlichkeit gegenüber einer Wandlerausbildung gemäß Fig. 4 A zur Folge hat.

Außer einer Verbesserung des Wandlerwirkungsgrades und seiner Empfindlichkeit kann die Erfindung außerdem noch benutzt werden, um das Wandlerprofil zu reduzieren. In Fig. 6A be-

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zeichnet das Bezugszeichen 100 die Hauptprofilabmessung eines herkömmlichen elektroakustischen Wandlers 102. Die Wandlermembran 104 wird in ihrer ebenen Lage durch die Spannmittel 1O6 gehalten, die sich über die äußeren Begrenzungen der von der Membran berührten Widerlagerplatte 108 erstrecken. Das Gehäuse für den Wandler 102 muß dabei groß genug sein, um die Membranspannmittel 106 zu umfassen. Die Abmessung 100 kann beträchtlich vermindert werden, indem die Membran 104 vor Berührung mit der Widerlagerplatte 108 versetzt wird. Eine solche Anordnung ist in Fig. 6B dargestellt.

Fig. 6b zeigt einen Axialschnitt eines elektroakustischen Wandlers, der eine versetzte Membran aufweist, was zu einem Wandler mit einer verminderten Querschnittsabmessung gegenüber dem Stande der Technik führt. In Fig. 6b wurde die Membran 1O6 vor Berührung mit der Widerlagerplatte 112 versetzt, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, daß die die Membran 110 spannenden Mittel 114 näher an die Mitte des Wandlers herangeführt werden können, und dies führt zu einer verminderten Profilabmessung im Durchmesser 118 gegenüber der Durchmesserabmessung 100 in Fig. 6A. Diese verminderte Profilabmessung macht es möglich, das Wandlergehäuse benachbart zu jener Abmessung 118 zu verkleinern.

Allgemeine Betrachtungen

Bei dem beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel wurde ein relativ unelastisches Material für die schwingungsfähige Membran benutzt. Während eine nicht versetzte Membran aus einem elastischen Material gleichförmig durch eine passende Widerlagerplatte gespannt werden kann, ohne in das Material Fältchen einzuführen, ist ein solches Material zur Benutzung als Membran für elektroakustische Wandler ungeeignet, weil

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unter Spannung die Membrandicke ungleichförmig wird und die Spannung in einer solchen Membran sich nach einer gewissen Zeitdauer vermindert, und beides sind unerwünschte Einflüsse auf das Wandlerverhalten.

Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Innenbereich der schwingungsfähigen Membran 46 durch die Stange 66 des Zusammenbauwerkzeugs 61 versetzt bevor eine Kraft auf den Trägerring 50 durch die Hülse 68 des Werkzeugs 6l ausgeübt wurde, um den Umfang der Membran 46 in fester Lage gegenüber dem Gehäuse 38 während jener Zeitdauer zu halten, in der das Gehäuse 38 auf den Trägerring 50 umgebördelt wurde. Diese spezielle Folge von Schritten wurde dadurch möglich, daß der aus Papier bestehende und daher zusammendrückbare Spannring 48 auf den Umfang der Membran 46 geklebt war, wodurch eine gleichförmige radial nach außen weisende Kraft auf die Membran ausgeübt wurde, während der innere Membranbereich in seiner Ebene versetzt wurde. Wenn ein Spannring oder ein geeignetes Klebemittel nicht benutzt wurde, besteht eine andere Möglichkeit der Versetzung des inneren Membranbereichs darin, den Umfang der Membran 46 zwischen den Flansch des Trägerrings 50 und den Flanschabschnitt des Gehäuses 38 einzulegen und dann eine relativ geringe Kraft durch die Hülse 68 auf den Trägerring 50 auszuüben. Die Höhe der auf den Trägerring 50 durch die Hülse 68 ausgeübten Kraft müßte dann kleiner sein als die Kraft die erforderlich ist, um den Innenbereich der Membran 46 zu versetzen, so daß der Umfangsabschnitt der Membran 46 sich gleichmäßig nach innen bewegen kann wenn der innere Membranabschnitt versetzt wird.

Das Gehäuse 38 wäre dann auf den Trägerring 50 aufzubördeln, nachdem der innere Membranbereich versetzt ist, wodurch der Umfang der Membran 46 in eine feste Lage gegenüber dem Gehäuse 38 gebracht wird.

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Das Ausmaß der Versetzung des inneren Membranbereiohs kann größer sein als die Versetzung,die notwendig ist um eine gleichförmige Berührung zwischen dem Membranbereich und der elektrisch leitfähigen Oberfläche der angepaßten Wandler-Wider lager plat te bei einem endgültigen Membransparmungspegel zu gewährleisten, der optimale Wandlerwirkungsgrade und Empfindlichkeit ergibt, aber die Versetzung sollte nicht geringer sein. Durch Versetzung der Membran des Wandlers über das Ausmaß, welches erforderlich ist eine solche gleichförmige Berührung herzustellen, ergibt keine weitere Verbesserung von Wirkungsgrad und Empfindlichkeit, kann jedoch beispielsweise zum Zwecke der Reduzierung des Wandlerprofils nützlich sein. '

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Claims (12)

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   Patentansprüche

   Elektroakustischer Wandler mit einem Gehäuse, das an wenigstens einer Seite offen ist, mit einer relativ unelastischen vibrationsfähigen Membran, die sich über die Gehäuseöffnung erstreckt, wobei der äußere Bereich der Membran am Gehäuse eingespannt ist, während der innere Bereich einer Widerlagerplatte anliegt, die im wesentlichen nicht flexibel ist und mit einer ihrer Oberflächen, gegen den inneren Bereich der Membran angedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran in ihrem inneren Bereich gegenüber der Ebene der Randeinspannung versetzt ist, wodurch ungleichförmige Beanspruchungen im inneren Membranbereich nach dem äußeren Bereich übertragen werden, der mit der Widerlageroberfläche nicht in Berührung steht.
2. 2. Wandler nach Anspruch 8,

   dadurch gekennzeichnet, daß er einen Membrantragring aufweist, und daß der äußere Membranbereich zwischen dem Gehäuse und dem Membrantragring eingespannt ist.
3. 3. Wandler nach Anspruch 2,

   dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Membranbereich in einer festen Lage gegenüber dem Gehäuse und dem Trägerring dadurch angeordnet ist, daß das Gehäuse über den Trägerring umgebördelt ist.

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   ORIGINAL INSPECTED
4. 4. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis Z>> dadurch gekennzeichnet, daß er ein zylindrisches Gehäuse aufweist, das einen nach außen weisenden Flansch besitzt und daß die Membran mit ihrem äußeren Rand auf diesen Plansch aufliegt und darauf der Trägerring durch Umbördeln des äußeren Gehäuserandes aufgedrückt wird.
5. 5. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerlagerplatte konvex gekrümmt ist.
6. 6. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerlagerplatte eben ausgebildet und gegenüber der Einspannebene versetzt ist (Pig 5A, B; Fig. 6b)
7. 7. Wandler nach Anspruch 6,

   dadurch gekennzeichnet, daß ein den Membranring erfassender Spannring (114) diesen Rand in einem zylindrischen die Widerlagerplatte (112) umgebenden Abschnitt haltert, gegenüber dem die Berührungsfläche der Widerlagerplatte versetzt ist.
8. 8. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Einspannrand der Membran ein Papierring aufgeklebt ist.

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9. 9. Verfahren zur Herstellung eines elektroakustischen Wandlers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die schwingungsfähige Membran in das Gehäuse so eingesetzt wird, daß sie die Gehäuseöffnung überspannt, daß gleichförmige radial nach außen gerichtete Kräfte auf die Membran ausgeübt werden, um zeitweilig wenigstens den inneren Abschnitt der Membran in ebener Gestalt zu halten, daß eine Kraft auf den Teil des Innenbereichs der Membran aufgebracht wird, die größer ist als die Radialkräfte, um den inneren Membranbereich aus seiner ebenen Lage zu versetzen, wobei die Versetzungskraft die Radialkräfte überwindet und dadurch der äußere Bereich der Membran sich gleichförmig nach innen bewegt, wenn der innere Abschnitt der Membran in Richtung der Achse versetzt wird, und daß der äußere Membranbereich gegenüber dem Gehäuse festgelegt wird, während der innere Membranbereich sich in versetzter Lage befindet.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Versetzungskraft auf den Innenbereich durch einen Bauteil ausgeübt wird, der eine sphärische Oberfläche besitzt, und daß diese Oberfläche den inneren Membranbereich versetzt.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Membranrand zwischen einem Gehäuseflansch und einem Membranträgerring eingespannt wird, und daß auf den Trägerring der äußere Bereich des Gehäuses aufgebördelt wird.

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    7 291563?
12. 12. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbördeln durch ein Bördelwerkzeug erfolgt, welches koaxial zu dem die Versetzung der Membran bewirkenden Werkzeug verschiebbar ist.

    909US/07!*