DE350499C

DE350499C - Electrostatic telephone

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Publication number: DE350499C
Application number: DENDAT350499D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Publication date: 1922-03-21

Description

Membranen zur Umsetzung von Schall in Elektrizität und von Elektrizität in Schall werden ihrem Verwendungszweck um so besser gerecht, je trägheitsloser sie den auf sie einwirkenden Kräften nachgeben. Die bekannten Eisenblech- und Kohlenmembranen entsprechen infolge der Dicke und Masse ihres Materiah dieser Forderung nicht. Daher "wird die Schallcharakteristik durch derartige Membranen sowohl bei der Aufnahme wie auch bei dsr Wiedergabe verzerrt. Die Beseitigung dieses Übels durch Verringerung der Dicke ist teils aus • Materialgründen über ein bestimmtes Maß hinaus nicht möglich, teils setzt die für die Herstellung einer mechanischen Vorspannung erforderliche Elastizität der Membran eine Grenze. Nur die Kondensator telephone gewährten bis jetzt eine auch bei großen Schallstärken deutliche Sprachwiedergabe. Da absr ihre dünnen, ao meist aus Papier bestehenden Membranen keine wesentliche mechanische Vorspannung zulassen, ist ihr Wirkungsgrad ein verhältnismäßig schlechter.Membranes for converting sound into electricity and electricity into sound do justice to their purpose the better, the less inert they act on them Give in to strength. The well-known sheet iron and carbon membranes correspond owing to the thickness and mass of their materiah, this requirement does not apply. Hence, "becomes the sound characteristic Distorted by such membranes both during recording and during playback. The elimination of this evil by reducing the thickness is partly due to • material reasons beyond a certain level not possible, partly sets the necessary for the production of a mechanical preload Elasticity of the membrane is a limit. Only the condenser telephone allowed up now a clear speech reproduction even at high sound levels. As absr her thin, ao membranes, which are mostly made of paper, do not allow any significant mechanical preload, their efficiency is relatively poor.

Die Erfindung ermöglicht die verzerr ungsfreie Schallaufnahme und Wiedergabe mittels elektrostatischer Telephone, indem derartig dünne Membranen Verwendung finden, daß sie den auf sie einwirkenden akustischen oder akustisch-elektrischen Kräften praktisch trägheitslos nachgeben. Die zur Erzielung eines guten Wirkungsgrades erforderliche Vorspannung wird nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung durch besondere, nicht im Material der Membran liegende Kräfte erreicht. Abb. ι stellt eine beispielsweise Ausführungsform einer entlasteten Membran im Querschnitt dar. t ist ein Teller aus nichtleitendem Material, der die Platte fi als Belag des Kondensators trägt. An dieser Platte ist eine dielektrische Zwischenschicht i, die z. B. aus Lack oder Papier sein kann, angebracht. Über dieser Schicht und dem abgeschlossenen Luftraum I ist schwingungsfähig angeordnet eine Membran m aus dünnstem, leitend belegtem, luftdichtem Stoff, z. B. dünnster Glimmer, Papier, Haut. Die zum Teil punktierten Linien zwischen der Anfangslage der Membran ma und i zeigen verschiedene, während des Gebrauches sich ergebende Membranstellungen. Wird nun an m und j>, beispielsweise verursacht durch die Batterie b, eine konstante Spannung V gelegt, so bewegt sich m unter dem j Einfluß elektrostatischer Anziehungskräfte nach j φ zu, etwa bis zur Stellung me₀. Durch die Anj näherung der Membran verkleinert sich dabei j der Luftraum I, und es entsteht ein den elektri-1 sehen Kräften entgegenwirkender Überdruck. " \ Diese Gleichgewichtslage der Membran me₀ möge j als vorgespannte Gebrauchslage bezeichnet wer- '> den. Durch die zwischen in und f liegende feste ] Schicht i, die auch durch die nichtleitendeThe invention enables the distortion-free sound recording and reproduction by means of electrostatic telephones by using such thin membranes that they yield practically without inertia to the acoustic or acoustic-electrical forces acting on them. According to a further characteristic of the invention, the preload required to achieve a high degree of efficiency is achieved by special forces that are not in the material of the membrane. Fig. Ι shows an example embodiment of a relieved membrane in cross section. T is a plate made of non-conductive material, which carries the plate fi as a covering of the capacitor. On this plate is a dielectric intermediate layer i, which z. B. can be made of paint or paper, attached. Above this layer and the closed air space I , a membrane m made of the thinnest, conductive, airtight material, e.g. B. thinnest mica, paper, skin. The partially dotted lines between the initial position of the membrane ma and i show different membrane positions that arise during use. If a constant voltage V is now applied to m and j>, for example caused by the battery b, then m moves towards j φ under the j influence of electrostatic attractive forces, approximately up to the position me ₀ . As the membrane approaches, the air space I is reduced, and an overpressure is created that counteracts the electrical forces. "\ This position of equilibrium of the membrane may me ₀ j as a biased position of use referred advertising '> the. By between in and f i lying solid] layer, the non-conductive by the

■ Rückseite der Membran dargestellt sein kann, wird erreicht, daß die auf die Membran wirkeni den Druckluftkräfte in steilerer Progression zuj nehmen als die von der Platte f ausgehenden ; elektrostatischen Kräfte. In Abb. 2 ist dieser i Vorgang durch zwei Kurven P und E verani schaulicht. Kurve P stellt die Druckkräfte, ! Kurve E die elektrostatischen Anziehungskräfte j dar. Die Lage des Schnittpunktes r, der die ' Gebrauchslage der Membran darstellt, hängtCan be shown on the rear side of the membrane, it is achieved that the pressurized air forces acting on the membrane increase in a steeper progression than those emanating from the plate f; electrostatic forces. In Fig. 2 this process is illustrated by two curves P and E. Curve P represents the compressive forces,! Curve E represents the electrostatic attractive forces j. The position of the point of intersection r, which represents the position of use of the membrane, depends

ab von dem Verhältnis der beiden Kräfte, , I denen die Membran ausgesetzt ist. > Unter dem Einfluß der Schall- bzw. elektri- : sehen Kräfte wird das Gleichgewichtsverhälfnisfrom the ratio of the two forces,, to which the membrane is exposed. > Under the influence of the sound or electrical forces: see the equilibrium ratio

■ geändert und die Membran bewegt. Falls die■ changed and moved the membrane. if the

■ Membran zur Sehallwiedergabe benutzt wird, 1 würde diese Änderung bewerkstelligt durch die überlagerte Wechselspannung v, die von einer Wechselstromquelle s (Abb. 1) erzeugt wird. Die Membran würde dann zwischen den Grenzlagen me_x und me₂ schwingen.■ Membrane is used for visual reproduction, 1 this change would be brought about by the superimposed alternating voltage v, which is generated by an alternating current source s (Fig. 1). The membrane would then oscillate between the limit positions me _x and me ₂ .

Ähnlich wie im Beispiel die Kompression eines ¹ Gases zur Erzeugung einer mechanischen Gegen-I kraft benutzt wurde, kann auch die Expansion • des Gases angewandt werden. Der Belag^ Ί muß zu diesem Zwecke vor der Membran sitzen ; und für die Schallwellen an verschiedenen Stel- : len durchlässig sein.Similarly as in Example ^1, the compression of a gas to produce a mechanical was used counter-I force, the expansion can be • of the gas used. The covering ^ Ί must sit in front of the membrane for this purpose; and for the sound waves at different points: be permeable.

Auch kann der Belag f ebenfalls als Mem-I bran ausgebildet sein, es wird dann die Kom-I pression des Gases im Raum zwischen den bei-, den Membranen benutzt; bei der Schallauf-¹ nähme muß dann dafür Sorge getragen werden,The covering f can also be designed as a membrane, the compression of the gas in the space between the two membranes is then used; in Schallauf- would take ¹ must then be ensured,

■ daß die Schallwellen gleichphasig sowohl φ wie I m treffen. ■ that the sound waves hit both φ and I m in phase.

t Unregelmäßigkeiten im Material können bei den Ausführungsformen aber noch bewirken, j daß die Membran in ihrer vorgespannten Ge-I brauchslage nicht an allen' Stellen plan ist. ! Besonders bei größeren Schallflächen dürfte dieser Umstand sehr leicht eintreten. In Abb. 3 ist dies veranschaulicht. An der Einbuchtungs- ; stelle α wirken die elektrischen Kräfte infolgeIn the case of the embodiments, however, irregularities in the material can still have the effect that the membrane is not flat at all points in its pretensioned position of use. ! This situation is likely to occur very easily, especially with larger sound surfaces. This is illustrated in Fig. 3. At the indentation; place α the electrical forces act as a result

des geringeren Abstandes m-j> stärker als beispielsweise an c. Bei gewöhnlichen kreisrunden Membranen würde diese Stelle meist in der Mitte liegen. Als Folge dieser Abstandsunterschiede würde sich die Membran bei α bis ρ heran biegen an der Stelle c ausbuchten. Zur Beseitigung dieses Übelstandes kann man bei kleineren Membranen die vorgespannte Gebrauchslage so wählen, daß die Membran wenigstens plan oder leicht nach außen konvex ist, da in diesem Fall die Anziehungskräfte an der labilen Stelle gleich groß bzw. kleiner sind als an anderen Stellen; oder man wird bei größeren Schallflächen ein Traggitter g (s. Abb. 4 und 5) mit vorteilhaft sechseckigen Löchern zwischen m und f anbringen, auf das sich dann die Schallfläche m auflegen kann.. Auf letztgenannte Weise lassen sich beliebig große tönende Flächen, wie sie beispielsweise für die so akustische Kinematographie von Bedeutung sind, herstellen.the smaller distance mj> stronger than, for example, at c. With ordinary circular membranes, this point would usually be in the middle. As a result of these differences in distance, the membrane would bend at α to ρ and bulge out at point c . To eliminate this inconvenience, one can choose the pre-tensioned position of use with smaller membranes so that the membrane is at least flat or slightly convex outwards, since in this case the forces of attraction at the unstable point are the same or smaller than at other points; or for larger sound areas, a support grille g (see Figs. 4 and 5) with advantageously hexagonal holes between m and f will be attached, on which the sound area m can then be placed they are important for the acoustic cinematography, for example.

Es wurde schon angeführt, daß entlastete Membranen beispielsweise von der Ausführungsform nach Abb. 1 auch als Schallaufnahmemittel Verwendung finden können. Zu diesem Zweck wird eine derartige Einrichtung, deren kapazitiver Widerstand unter dem Einfluß der Schallwellen sich ändert, über eine Gleichstrom- oder Hochfrequenzquelle mit einem entsprechend hohen und annähernd konstanten Belastungs- ^: widerstand in Reihe geschaltet. Der Gitterkreis ' einer Vakuumröhre würde beispielsweise einen ; solchen herstellen. Den Widerstandsschwankungen würde die momentane Spannungsver- 1 teilung entsprechen und der infolgedessen '. schwankenden Gitterspannung der hierdurch ' gesteuerte Anodenstrom. Die für den Betrieb J dieser Anordnung erforderliche Stromquelle würde gleichzeitig auch das für die vorgespannte Gebrauchslage der Membran erforderliche elek- , irische Feld liefern. 'It has already been stated that relieved membranes, for example of the embodiment according to FIG. 1, can also be used as sound absorbing means. For this purpose such a device, the capacitive resistance changes under the influence of the sound waves, a DC or high-frequency source with a correspondingly high and approximately constant ^load: resistance connected in series. For example, the grid circle of a vacuum tube would have a; produce such. The instantaneous voltage distribution would correspond to the fluctuations in resistance and the consequent one . fluctuating grid voltage, the anode current controlled by this. The current source required for the operation of this arrangement would at the same time also supply the electrical, Irish field required for the prestressed position of use of the membrane. '

Eine Ausführungsform, bei welcher die sta- \ bile .Gleichgewichtslage durch zwei in ent- ! gegengesetztem Sinn auf die Membran wirkende ; elektrostatische Abstoßungskräfte bewirkt wird, ; ist in Abb. 6 schematisch dargestellt. Die Mem- \ bran m und die Belege b_v b₂ haben gleiches Potential, so daß letztere auf die Membran m ab- , stoßend einwirken.An embodiment in which the static \ bile .Gleichgewichtslage by two corresponds! opposite sense acting on the membrane; electrostatic repulsive forces are caused; is shown schematically in Fig. 6. The membrane \ bran m and statements b _v b ₂ have the same potential, so that the latter, pushing acting on the diaphragm m off.

Die durch die Spannungsquelle υ und die Belegungen C₁, c₂ erzeugten Abstoßungskräfte : werden durch die in der Spule s induzierten ■ Wechselspannungen gesteuert, so daß die Mem- ^! bran m zu Schwingungen angeregt wird. ^: The repulsive forces generated by the voltage source υ and the assignments C ₁ , c ₂ : are controlled by the alternating voltages induced in the coil s , so that the Mem- ^! bran m is excited to vibrate. ^:

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Claims

Patent Claims:;

i. Electrostatic telephone, characterized {characterized in that for the purpose of distortion 1 Free sound absorption and reproduction with a membrane of as low a mass as possible preload generated by special forces not lying in the material of the membrane Application is found, which is thus under the influence of them set in vibrations acoustic or acoustic-electrical forces always in a stable equilibrium position is located.

2. Embodiment according to claim 1, characterized in that the stable equilibrium position is effected by two in opposite senses on the membrane acting electrostatic repulsive forces.

3. Embodiment according to claim 1, characterized in that the stable equilibrium position is effected by two in opposite senses on the membrane Acting forces, one of which is pneumatic, the other electrostatic is.

4. Embodiment according to claim 1 and 3, characterized in that the Pneumatic counterforce is produced by the compression or expansion of a side caused by the diaphragm movement the membrane in an enclosed space gas, the pneumatic Forces grow faster than the electrostatic counteracting them.

5. Embodiment according to claim 1, 3 go and 4, characterized in that the faster growth of the pneumatic forces due to the ratio of the distance between the membrane and the surface that attracts it to the depth of the compression resp. Expansion space is achieved.

6. Embodiment according to claim 1 and 3 to 5, characterized in that when used Acoustically impressed direct or high-frequency currents, the rms value of their voltage replaces the additional voltage source.

7. Embodiment according to claim 1 and 3 to 6, characterized by use as a sound recording center], expediently using a direct current or high frequency voltage in series connection with a useful resistance (ζ. B. the grid circle of a vacuum tube).

8. Embodiment according to claim 1 or the subclaims, characterized in that that establishing a certain distance between the membrane and the they attract a non-conductive support grid of the thickness of the desired surface Distance serves.

For this purpose ι sheet of drawings.