DE3325966A1 - Elektrostatischer wandler, insbesondere kondensatormikrophon - Google Patents

Elektrostatischer wandler, insbesondere kondensatormikrophon

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DE3325966A1
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counter electrode
electrode
counter
condenser microphone
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DE19833325966
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Richard Ing. 1110 Wien Pribyl
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AKG Acoustics GmbH
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AKG Akustische und Kino Geraete GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00Electrostatic transducers
    • H04R19/04Microphones

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)

Description

  • Elektrostatischer Wandler, insbesondere Kondensatormikrophon
  • Gegenstand der Erfindung ist ein elektrostatischer Wandler, insbesondere ein Kondensatormikrophon mit einer Membran und einer Gegenelektrode.
  • Bei einem Kondensatormikrophon dieser Art bildet die im Abstand von 30 /um bis 50 /um hinter der Membran angeordnete Gegenelektrode die starre, unbewegliche Elektrode des Kondensatormikrophones, die zumeist aus einer flachen, elektrisch leitenden Scheibe besteht.
  • Diese Scheibe ist mit einer größeren Anzahl von Bohrungen oder Schlitzen versehen, um die sehr niedrige und kleine Luftkammer zwischen Membran und Gegenelektrode entweder an weitere akustisch wirksame Mittel innerhalb des Mikrophongehäuses anzukoppeln oder aber, wie es für Richtmikrophone erforderlich ist, über angekoppelte akustische Mittel mit dem äußeren Schallfeld zu verbinden.
  • Derartige Gegenelektroden sind beispielsweise in der DE-AS 14 37 420 und in der DE-OS 24 30 068 beschrieben.
  • Bei elektrostatischen Wandlern, insbesondere Kondensatormikrophonen, wird die Kondensatorkapazität im wesentlichen von der Fläche der Gegenelektrode und der davor befindlichen elektrisch leitenden Membran und deren Abstand zueinander bestimmt. Wird die Membran des Kondensatormikrophons mit Schall beaufschlagt, so ist jedoch nur ein Teil der Gesamtkapazität für die übertragung des Signals nutzbar wirksam; der zur wirksamen Eapazität verbleibende Rest der Gesamtkapazität - die sogenannte parasitäre Kapazität -, verursacht im wesentlichen durch konstruktionsbedingte feststehende Teile, führt zur Verschlechterung des übertragungsfaktors, des Signal-Rauschabstandes und der nicht linearen Verzerrungen. Daher erweist es sich als notwendig, das Verhältnis von nutzbar wirksamer Kapazität zu parasitäler Kapazität möglichst groß zu halten.
  • Die bisher bekannt gewordenen Gegenelektroden haben es bei einem Durchmesser, größer als 15 mm, noch ermöglicht, das vorgenannte Verhältnis hinreichend groß zu halten, damit die negativen Auswirkungen, wie Verschlechterung des übertragungsfaktors, des Signal-Rauschabstandes und der nichtlinearen Verzerrungen, in erträglichen Grenzen bleiben.
  • Die auch bei Kondensatormikrophonen fortschreitende Miniaturisierung verlangt einen Durchmesser von Membran und Gegenelektrode, der kleiner als 7 mm ist. Daraus ergibt sich das Problem, daß die parasitäre Kapazität gegenüber der nutzbaren Wirkkapazität unvertretbar groß wird. So beträgt beispielsweise bei einem Elektrodendurchmesser von 5,8 mm und einem Abstand der Membran von der Gegenelektrode von 40 /umbei einer herkömmlichen Ausbildung der Gegenelektrode die parasitäre Kapazität 3,4 pF und die wirksame Kapazität nur 3 pF.
  • Es ist nun das Ziel der Erfindung, eine Form für die Gegenelektrode zu finden, für die die nutzbar wirksame Kapazität etwa 7/o der Gesamtkapazität und die parasitäre Kapazität etwa 30% der Gesamtkapazität beträgt.
  • Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die plättchenförmige Gegenelektrode an ihrem Umfang mit Aussparungen versehen ist. Eine solchermaßen ausgebildete Gegenelektrode weist an ihrem Umfang durch die verbleibenden sternartigen Stege eine parasitäre Kapazität von 1,3 pF gegenüber einer nutzbar wirksatten Kapazität von 3 pF bei einem Gesamtdurchmesser der Gegenelektrode von 5,8-mm auf. Das Verhältnis nutzbar wirksamer Kapazität zu parasitärer Kapazität ist dadurch wieder zu einem günstigen Wert gerückt. Vor allem nimmt die Empfindlichkeit des Kondensatormikrophones durch diese neue Form der Gegenelektrode gegenüber der herkömmlichen Form für Gesamtdurchmesser kleiner als 7 mm um nahezu 3o' zu.
  • Die am Umfang der Gegenelektrode ausgesparten Stellen bilden für die in der niedrigen und kleinen Luftkammer zwischen Membran und Gegenelektrode vorhandene Suft einen DurchlaB nach hinten. Die Funktion der Bohrungen oder Schlitze in einer herkömmlichen Elektrode wird durch die Aussparungen im Zusammenwirken mit dem Distanzring zwischen Gegenelektrode und Membran übernommen, sodaß die Ankopplung weiterer akustisch wirksamer Mittel, wie beaspielsweise akustische Reibungen, Federungen oder Massen, und die für Richtmikrophone erforderliche Verbindung zum Schallfeld über die aus Distanzring und Aussparung gebildeten Schlitze erfolgt.
  • Die Herstellung einer erfindungsgemäßen plättchenförmigen Gegenelektrode mit Aussparungen am Umfang, insbesondere einer solchen mit Sternform, ist durch Stanzen des Materials besonders einfach und vorteilhaft durchführbar im Vergleich zur Herstellung einer Gegenelektrode herkömmlicher Bauweise. Wenn der Durchmesser der Gegenelektrode nämlich kleiner als 7 mm wird, treten im bekannten Fall große Schwierigkeiten auf, einen zum Stanzen der Löcher geeigneten Lochdurchmesser im Verhältnis zur Materialdicke des Plättchens festzulegen. Vielfach muß auf Ätzmethoden ausgewichen werden, die wesentlich aufwendiger als Stanzen sind. Besonders das sehr schwierige Stanzen von löchern oder Schlitzen in Eunststoffen wie s.B.
  • Teflon für elektretisierbare Gegenelektroden wird durch die neue Art der Elektrodenform nicht mehr erforderlich, weil die am Umfang des Plättchens vorgesehenen Aussparungen leicht zu stanzen sind.
  • Da die parasitäre Kapazität nur im Bereich des Elektrodenrandes wirksam wird, wird man di-- ausgesparte Fläche zweckmäßiger Weise so groß wählen, daß durch sie die parasitäte Kapazität weitestgehend herabgesetzt wird. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung beträgt die ausgesparte Fläche bis zu 7A' der verbleibenden Elektrodenfläche. Dadurch wird erreicht, daß das Verhältnis der nutzbaren Kapazität zur parasitären Yapazität tatsächlich einen solchen Wert annimmt, der erforderlich ist, um ein in Hinblick auf hohe vmpfindlichkeit, guten übertragungsfaktor, guten Signal-Rauschabstand und niedrige nichtlineare Verzerrungen hochwertiges Kondensatormikrophon zu realisieren.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die von den Aussparungen begrenzte Fläche der Gegenelektrode nicht nur die Form eines Kreises haber kann, sondern gegebenenfalls auch die eines Polygons, eines Ovals oder einer Ellipse. Aus praktischen Gründen wird man jedoch im allgemeinen bei der Herstellung eines Kondensatormikrophones auf die Kreisform zurückgehen.
  • Es sind aber für spezielle Anwendungen, wie beispielsweise für Hörhilfen für Schwerhörige, auch andere Formen zweckmäßig, sodaß garz allgemein gesehen als UTmfargsbegrenzung für die Gegenelektrode und damit auch für die Membran eines Kondensatormikrophons auch ein Polygon, ein Oval oder eine Ellipse denkbar sind.
  • Für die verschiedenen, heute bekannten Ausführungsformen eines elektrostatischen Wandlers, wie mit von außer an den Wandler zugeführter Polaristionsspannung oder im Wandler selbst mittels eines Xlektreten erzeugter Polarisationsspannung, ist eine Gegenelektrode vorgesehen, die in an sich bekannter Art aus F¢tall, aus metallbeschichteten Kunststoff oder aus as Elektret wirksamen Material bestehen kann.
  • Im folgenden wird die Erfindung an Fand der Zeichnung, die im wesentlichen Ausführungsbeispiele darstellt, näher erläutert. Es zeiger die Fig. la bis ic Draufsichten auf einige herkömmliche Elektrodenausführungen, Fig. 2 einen Querschnitt eines Kondensatormikrophones mit der erfindungsgemäßen Gegenelektrode, Fig. 3 eine Draufsicht af eine erfindungsgemäße Gegenelektrode in Kreisform und die Fig. 4a bis 4d Draufsichten auf verschiedene Formen der erfindungsgemäßen Gegenelektrode.
  • Die in den Fig. la bis ic gezeigten Draufsichten auf mit Diirchbrechungen versehene, insbesondere durchbohrte Gegenelektroden 1, 2, 3 stellen den bekannten stand der Technik dar. Die Bohrungeru 4 sind im allgemeinen nach einem geometrischen Muster angeordnet, wogegen die Schlitze 5 kreisförmig angeordnet sind. Sowohl durch die Bohrungen als auch durch die Schlitze können weitere akustische Mittel, die hinter der Gegenelektrode angeordnet sind, an die niedere Luftkammer zwischen Membran und GegenelekEPode angekoppelt werden.
  • Die im Randbereich der Gegenelektrode befindliche Fläche, die zur Ausbildung der parasitären Kapazität beiträgt, ist als gepunktete Zone 6 dargestellt. Der durch diese ringförmige Fläche, zusammen mit der als Elektrode wirksamen gegenüberliegenden Membran, gebildete kreisringförmige Kondensator besitzt einen Ea:pazitätswert, der größer ist als die Hälfte der gesamten, aus Membran und Gegenelektrode entstehenden Kapazität.
  • Fig. 2 stellt den Querschnitt eines mit der erfindllngsgemä3en Gogenelektrode versehenen Eondensatormikrophones dar. Innerhalb des Mikrophongehäuses 7, das an seiner Vorderseite Schalleintrittsöffnungen 7a besitzt, wird die auf dem Membranhaltering 8 aufgespannte Membran 9 zusammen mit dem elektrisch isolierenden Distanzring 10 und der Gegenelektrode 11 von der Haltefeder 12 ueben die schulter 7b gedrückt, wobei sich die Haltefeder 12 gegen die Bodenplatte 13 abstützt. Die plättchenförmige Gegenelektrode 2'.ist längs ihres Umfangs mit den Aussparungen 11a versehen, die über die Schlitze 14a die Ankopplung der Luftkammer 14 an akustische Mittel hinter der Gegenelektrode 11 ermöglichen.
  • Die Fig. 3 zeigt die voraussichtlich wichtigste Gestalt einer erfindungsgemäßen Gegenelektrode 15 in Kreisform mit sternförmigen Ansätzen 16, die durch am Umfang der Elektrode vorhandenen Aussparungen 17 gebildet werden. Die zur Ausbildung der parasitären Kapazität maßgeblichen Elektrodenflächen sind auf den Ansätzen 15 als punktierte Zonen 18 gekennzeichnet. Diese Zanen sind gegenüber der Gesamtfläche der Elektrode so klein, daß die parasitäre Kapazität nur mehr ein Drittel der Gesamtkapazität beträgt, wodurch ein günstiges Verhältnis von nutzbar "wirksamer Kapazität" zu "parasitärer Kapazität erzielt wird.
  • den In7Fig. 4a bis 4d sind weitere mögliche Ausbildungsformen einer erfindungsgemäßen, plättehenförmigen Gegenelektrode dargestellt. So stellen die Urrandungen 19 und 20 der Ausführungsformen nach den Fig. 4a und 4b einen Polygonzug dar, während die Ausführungsform nsh Fig. 4c auf einer ovalen Umrandung 21 und die Ausführungsform nach Fig. 4d auf einer elliptischen Umrandung 22 aufbaut. Die längs des Elektrodenrandes vorgenommenen Aussparungen sind mit lava, 20a, 21a und 22a bezeichnet.
  • Leerseite

Claims (4)

  1. Patentansprüche: S Elektrostatischer Wandler, insbesondere Kondensatormikrophon, mit einer Membran und einer Gegenelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die plättchenförmige Gegenelektrode (11) an ihrem Umfang mit Aussparungen (11a, 17, 19a, 20a, 21a, 22a) versehen ist.
  2. 2. Elektrostatischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgesparte Fläche bis zu 7o der verbleibenden Elektrodenfläche beträgt.
  3. 3. Elektrostatischer Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Aussparungen (via, 17, 19a, 20a, 21a, -22a) begrenzte Fläche der Gegenelektrode im wesentlichen die Gestalt eines Kreises, eines Ovals, einer Ellipse oder eines regelmäßigen Polygons, insbesondere eines Quadrates, Rechteckes oder Sechseckes hat (Fig. 3,4).
  4. 4. Elektrostatischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß, wie an sich bekannt, die Gegenelektrode (11) aus Metall, aus metallbeschichtetem Kunststoff, aus elektrisch leitendem Eunststoff, aus elektretisierbarem Material oder aus Metall mit einem aufgebrachten elektretisierbaren Material hergestellt ist.
DE19833325966 1982-07-22 1983-07-19 Elektrostatischer wandler, insbesondere kondensatormikrophon Withdrawn DE3325966A1 (de)

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