DE523587C

DE523587C - Electrostatic speaker

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Publication number: DE523587C
Application number: DES75722D
Authority: DE
Original assignee: GEORG SEIBT FABRIK ELEKTR U ME
Current assignee: GEORG SEIBT FABRIK ELEKTR U ME
Priority date: 1926-08-12
Filing date: 1926-08-15
Publication date: 1931-04-28
Also published as: GB275962A; FR640926A; US1753137A

Description

Elektrostatischer Lautsprecher Die Erfindung bezieht sich auf einen Lautsprecher nach dem elektrostatischen Prinzip. Ihre Eigenart besteht unter anderem darin, da.ß diejenigen Flächen oder Flächenteile, die durch die elektromechanischen Kräfte in Schwingungen versetzt werden und den Schall in den umgebenden Raum abgeben, in einer für die Schallstrahlung besonders günstigen Weise angeordnet sind.Electrostatic loudspeaker The invention relates to a Loudspeakers based on the electrostatic principle. Their peculiarity consists among other things in the fact that those surfaces or surface parts that are affected by the electromechanical Forces are set in vibration and emit the sound into the surrounding space, are arranged in a particularly favorable manner for the sound radiation.

Um das Wesen der Erfindun,g leicht klarlegen zu können, möge unter Bezugnahme auf die Fig. i und 2 der beigefügten Abbildungen eine kurze theoretische Betrachtung über den Schallvorgang bei einer einfachen strahlenden Fläche vorausgeschickt werden. Die Fläche/, die in Fig. i im Schnitt dargestellt ist, möge kreisförmig sein. Sie kann aber auch eine andere Form besitzen, z. B. die eines Quadrates. Am Umfang möge sie fest gelagert sein. Wirken auf eine solche Fläche veränderliche mechanische Kräfte ein, so gerät sie in Schwingungen, wie in der Fig. i durch die gestrichelten Linien angedeutet ist.In order to be able to easily clarify the essence of the invention, may under Referring to Figures i and 2 of the accompanying drawings, a brief theoretical one Consideration of the sound process in the case of a simple radiating surface will. The area /, which is shown in section in Fig. I, may be circular be. But you can also have a different shape, for. B. that of a square. At the Perimeter may it be firmly stored. Act on such a changeable surface mechanical forces, it starts to vibrate, as in Fig. i by the dashed lines is indicated.

Befestigt man eine solche Fläche an dem Rande einer Dose D (vgl. Fig.2), in deren Innerem sich ein Elektromagnetsystem befindet, so erhält man das Schema des wohlbekannten Telephons.If such a surface is attached to the edge of a box D (see Fig. 2), inside of which there is an electromagnet system, this is how the diagram is obtained of the well-known telephone.

In bezug auf die Schallabgabe an den umgebenden Raum verhalten sich die Flächen f der Fig. i und 2 recht verschieden. Während in der Anordnung nach Fig. 2 die Fläche/ nur nach der einen Seite Schall abgibt, weil sie auf der anderen Seite durch die DoseD abgeschlossen ist, strahlt die Fläche/ gemäß. Fig. i nach beiden Seiten. Man könnte daher geneigt sein, anzunehmen, daß die Schallleistung der Fläche/ in Fig. i genau das Doppelte von der Leistung der Fläche/ nach Fig.2 ist. In Wirklichkeit trifft diese Annahme aber nicht zu. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Schalldrucke auf den beiden Seiten der Fläche f in Fig. i einander entgegengesetzt sind. Sie sind genau um i 8o' verschoben. Wenn z. B. in einem Augenblick die Luftteilchen, die der Fläche benachbart sind, auf der einen Seite verdichtet werden, werden sie auf der ,anderen Seite verdünnt. Die Folge ist die, daß ein Druckausgleich zwischen den beiden Seiten der Fläche über den Raum am Rande stattfindet. Eine Fläche gemäß Fig. i kann daher immer nur senkrecht zu sich selbst Schall abgeben, aber niemals in der erweiterten Ebene, s der sie einen Ausschnitt bildet. Der R m in der parallelen Erweiterung ist vielm r vollkommen schalleer, wobei, nebenbei b merkt, natürlich von den Reflexionen der Z' merwände abgesehen wird.With regard to the sound output to the surrounding space behave the areas f of FIGS. i and 2 are quite different. While in the arrangement after Fig. 2 the surface / only emits sound to one side because it is on the other Side is closed by the DoseD, the surface / radiates according to. Fig. I after both sides. One might therefore be inclined to assume that the sound power of the area / in Fig. i exactly twice the power of the area / according to Fig.2 is. In reality, however, this assumption does not apply. The reason for this lies in that the sound pressures on the two sides of the surface f in Fig. i are mutually exclusive are opposite. They are shifted exactly i 8o '. If z. B. in an instant the air particles that are adjacent to the surface are compressed on one side they are diluted on the other side. The consequence is that a pressure equalization takes place between the two sides of the surface across the space on the edge. An area according to FIG. i can therefore only emit sound perpendicular to itself, but never in the extended plane s which it forms a section. The R m in the parallel extension is much r completely silent, whereby, by the way, b notices Of course, the reflections on the room walls are ignored.

Die Fläche/ hat aber bei Ano dnung gemäß Fig. i in bezug auf die S rahl ngsleistung noch einen anderen Nachteil. De Ausgleich des aerodynamischen Drucks, vo dem oben gesprochen wurde, hat die N enwirkung, daß die Gesamtstrahlungsleistung zuungunsten der tiefen Schwingungen herabgesetzt ist. Diese Herabsetzung ist um so größer, je kleiner die Ausdehnung der Fläche und je länger die Schallwelle ist. Das Hindurchbringen der tiefen Klaviertöne und Baßstimmen, das bei den gegenwärtigen Einrichtungen der drahtlosen Telephonie an sich schon aus Gründen anderer Art erhebliche Schwierigkeiten bereitet, wird bei Lautsprechern mit den geschilderten ungünstigen Strahlungseigenschaften noch weiter erschwert.The area / has, however, in the arrangement according to FIG Rahl ngs performance still another disadvantage. The equalization of the aerodynamic pressure, of the above has the additional effect, that the total radiated power is reduced to the detriment of the deep vibrations. This degradation is over the larger the smaller the area and the longer the sound wave. Getting the deep piano tones and bass voices through with the present Wireless telephony facilities are inherently significant for reasons of a different nature Difficulties are presented in the case of loudspeakers with the described unfavorable Radiation properties made even more difficult.

Will man die Schalleistung bei gegebener Amplitude einer schwingenden Fläche zu einem Maximum machen und will man Frequenzverzerrungen vermeiden, so muß man dafür Sorge tragen, daß die Schallstrahlung nach allen Richtungen des Raumes vollkommen gleichmäßig erfolgt. Unter diesen Umständen können keine schalleeren oder schallschwachen Stellen im Schallfeld entstehen, was nicht nur bei der Anordnung nach Fig. z, sondern auch bei der nach Fig. 2, wenn auch bei letzterer in geringerem Grade, der Fall ist.If you want the sound power at a given amplitude of an oscillating Make area to a maximum and if you want to avoid frequency distortion, then you have to one takes care that the sound radiation in all directions of the room done perfectly evenly. In these circumstances, no sound can shake or weak spots in the sound field arise, which is not only due to the arrangement according to Fig. z, but also in the case of Fig. 2, even if the latter is less Grade that is the case.

Das Ideal einer schallabgebenden Fläche ist eine atmende Kugel oder, wie es theoretisch heißt, ein Strahler nullter Ordnung.The ideal of a sound-emitting surface is a breathing sphere or, as it is called theoretically, a zero order emitter.

Es ist nun mit den gewöhnlichen Mitteln der Lautsprechertechnik, d. h. in erster Linie in Verbindung mit elektromagnetischen und elektrodynamischen Antriebssystemen, nur sehr schwer möglich, einen solchen nach allen Richtungen gleichmäßig wirkenden Strahler herzustellen. Würde man ein einziges Antriebssystem verwenden, so müßte man komplizierte Hebelanordnungen u. dgl. verwenden, um die schallabgebende Fläche bzw. Flächen in der angegebenen Weise gleichzeitig erregen zu können. Ein anderer Weg würde der sein, daß man eine größere Anzahl einzelner Antriebssysteme vorsieht oder eine Anzahl von Lautsprechern so anordnet, daß ihre Membranen nach verschiedenen Seiten wirken.It is now with the usual means of loudspeaker technology, i. H. primarily in connection with electromagnetic and electrodynamic Drive systems, very difficult to do, such a uniform in all directions to produce effective radiators. If one were to use a single drive system, so one would have to use complicated lever arrangements and the like To be able to excite surface or surfaces in the specified manner at the same time. A Another way would be to have a larger number of individual drive systems provides or arranges a number of loudspeakers so that their membranes follow different sides.

Ein weit besseres Mittel zur Erzielung der oben angegebenen Wirkung besitzt man jedoch im elektrostatischen Lautsprecher. Es sind daher auch bereits elektrostatische Lautsprecher vorgeschlagen worden, bei denen die Membran und die Gegenbelegung nicht einfach eben, sondern sphärisch gekrümmt gestaltet waren, und zwar in der Weise, daß die feste Belegung einen Zylinder bildete und die schwingende Belegung einen Zylindermantel, der den festen Zylinder umgab. Eine solche Anordnung würde den Schall nach allen Richtungen in einer Ebene hin gleichmäßig ausstrahlen.A far better means of achieving the above stated effect however, one possesses in the electrostatic loudspeaker. There are therefore already electrostatic speakers have been proposed in which the diaphragm and the Opposite occupancy was not simply flat, but spherically curved, and in such a way that the fixed occupancy formed a cylinder and the oscillating one Allocation of a cylinder jacket that surrounded the solid cylinder. Such an arrangement would radiate the sound evenly in all directions in one plane.

Es treten nun indessen bei der Herstellung derartiger Geräte große Schwierigkeiten auf, die in erster Linie darin beruhen, daß es bei den üblichen Membranstoffen und -stärken kaum möglich ist, sie in eine einwandfreie sphärische Form zu bringen, bei der gleichmäßige und während des Betriebes unveränderliche Abstände zwischen Membran und fester Belegung gewährleistet werden. Es kommen für die schwingende Belegung in erster Linie dünne Folien aus Leichtmetall oder aber auch aus ganz nachgiebigen Stoffen, wie beispielsweise Gummi, in Betracht. Diese Stoffe lassen sich nun, wie die Erfahrung lehrt, nur sehr schwierig um einen Zylinder oder gar um eine Kugel legen; es tre: ten stets Falten und Ausbeulungen auf. Dabei bleiben die Abstände zwischen den Belegungen gänzlich unbestimmt; an gewissen Stellen werden auch Berührungen auftreten, die dann z. B. Anlaß zum Klirren .geben usw.There are now large in the manufacture of such devices Difficulties, which are primarily based on the fact that it is common Membrane materials and thicknesses are hardly possible to transform them into a perfectly spherical one Bring shape that is uniform and unchangeable during operation Distances between the membrane and fixed occupancy are guaranteed. It come for the oscillating occupancy primarily thin foils made of light metal or else also made of very flexible materials such as rubber. These As experience shows, substances can only be wrapped around a cylinder with great difficulty or even put it around a ball; wrinkles and bulges always appear. Included the distances between the assignments remain completely indefinite; in certain places touches will also occur, which then z. B. give cause for clinking, etc.

Die Erfindung beseitigt die genannten Schwierigkeiten dadurch, daß auf die Herstellung sphärischer Flächen für die Belegungen verzichtet wird und die zylindrische Ausführungsart dahin abgeändert wird, daß man sie in mehrere Einzelflächen unterteilt. Man bildet den Strahler also als Prisma aus. Bei dieser Auflösung in einzelne Teilflächen hat man es in der Hand, die Membran so einzuspannen bzw. aufzubringen, daß sie über den einzelnen Teilflächen ebenfalls eben liegt, und somit mechanisch und fabrikatorisch etwa die gleichen Verhältnisse geschaffen werden, wie beim Bau gewöhnlicher ebener elektrostatischer Lautsprecher. Selbstverständlich wird die Klangverteilungskurve eines solchen Gerätes etwas von der eines völlig runden Gerätes abweichen. Wenn man aber beispielsweise einen Schallstrahler, der vorher zylindrische Form hatte, in ein sechsseitiges Prisma zerlegt, so wird die Klangverteilung davon sehr wenig beeinflußt, d. h. man ist nach wie vor imstande, die Darbietungen des Lautsprechers nach allen Richtungen einer senkrecht zur Prismenachse verlaufenden Ebene praktisch gleich laut zu vernehmen.The invention eliminates the aforementioned difficulties in that the production of spherical surfaces for the occupancies is dispensed with and the cylindrical design is modified so that they can be divided into several individual surfaces divided. The radiator is thus designed as a prism. With this resolution in it is up to you to clamp or apply the membrane in such a way that it that it is also flat over the individual sub-areas, and thus mechanically and in terms of manufacturing, roughly the same conditions can be created as in construction ordinary planar electrostatic speaker. Of course the Sound distribution curve of such a device somewhat similar to that of a completely round device differ. But if you have, for example, a sound emitter that was previously cylindrical Form had been broken down into a six-sided prism, so the sound distribution of it very little affected, d. H. one is still able to watch the performances of the Loudspeaker in all directions of a perpendicular to the prism axis To be heard practically the same loud level.

Der Erfindungsgedanke kann weiterhin in folgenden Ausführungsformen verwirklicht werden. Man kann z. B. die schallabgebenden Membranen auf den Flächen eines Würfels anordnen. Der feste innere Kern des Würfels ist ein Metallstück, welches zweckmäßig eine Anzahl von Löchern oder Rillen enthält, damit die Kompression der Luft zwischen der Membran und der Gegenbelegung nicht zu groß wird. Man kann den Würfel auch aus Blechplatten zusammenlöten oder ihn aus Isoliermaterial herstellen, dessen Oberfläche beispielsweise durch einen Graphitüberzug leitend gemacht ist. Die sechs Flächen des Würfels sind mit den schallabgebenden Membranen bedeckt. Ein solcher Lautsprecher kann entweder an einem seiner Ecken an einen Faden aufgehängt oder auch an einem Fuß befestigt werden. Ein solcher Lautsprecher nähert sich hinsichtlich seiner Strahlungseigenschaften in hohem Maße dem Kugelstrahler. Die schallschwachen Raumstellen sind auf das weitestgehende herabgesetzt.The concept of the invention can also be used in the following embodiments be realized. You can z. B. the sound-emitting membranes on the surfaces arrange a cube. The solid inner core of the cube is a piece of metal, which suitably contains a number of holes or grooves so that the compression of the Air between the membrane and the opposing occupancy does not become too large. One can Also solder the cubes from sheet metal plates or make them from insulating material, the surface of which is made conductive, for example by a graphite coating. The six faces of the cube are covered with the sound-emitting membranes. A such a speaker can either be hung on a thread at one of its corners or on one Foot to be attached. Such a speaker approximates to a high degree the spherical emitter in terms of its radiation properties. The acoustically weak parts of the room are reduced to the greatest possible extent.

Weitere Ausführungsformen zeigen beispielsweise die Abb. 3 und 4. Hierbei besteht die feste Belegung aus einem Messingzylinder von etwa io cm äußerem Durchmesser, einer Wandstärke von 3 bis 5 mm und einer Höhe von 20 cm, der am äußeren Umfang derart abgefräst ist, daß ein Polygon mit einer Seitenlänge l von etwa 20 mm entsteht. Auch hierbei wird die Wandung der festen Belegung entweder an zahlreichen Stellen durchbohrt oder mit eingefrästen oder eingedrehten Rillen versehen. Diese Rillen liegen entweder parallel zur Achse oder auch senkrecht zu dieser. Um den Umfang des Prismas wird nun eine geeignete Membran aus Gummi, Celluloid oder ölpapier gelegt. Diejenige Seite der Membran, die leitend gemacht ist, z. B. durch Bestreichen mit Aquadag, liegt nach außen, wenn das Prisma selbst am äußeren Umfang nicht isoliert ist. Führt man eine solche Isolierung aber durch, z. B. durch Überziehen mit einer Lackschicht, so kann auch eine Metallmembran, z. B. aus Aluminiumfolie, benutzt werdca oder die Aquadagschicht der Celluloidmembran kann nach innen gekehrt sein. Man erhält hierdurch den großen Vorzug geringer Luftabstände. Die Membran soll nur an den Kanten des Prismas aufliegen und im übrigen einen gewissen Luftabstand vom Metallkörper haben, der in der Mitte der Seitenlinien etwa 0,03 mm gewählt werden kann. Um diesen Luftabstand sicherzustellen, sind die Seitenlinien L des Polygons (vgl. Abb. 3) nicht genau geradlinig, sondern in an sich bekannter Weise in der Mitte etwas nach innen gewölbt. Die Abweichung von der Geraden soll in der Mitte etwa o,05 mm betragen und nach den Kanten des Polygons zu gleichmäßig abnehmen. Wenn die Membran nun im Betriebe unter der Gleichstromspannung steht, so biegt sie sich etwas durch, und zwar in der Mitte der Polygonseiten um etwa o,oa mm, so daß dort noch ein Arbeitsabstand von o,03 mm verbleibt.Further embodiments show, for example, Figs. 3 and 4. Here, the fixed occupancy consists of a brass cylinder of about 10 cm outer diameter, a wall thickness of 3 to 5 mm and a height of 20 cm, which is milled on the outer circumference in such a way that a A polygon with a side length l of about 20 mm is created. Here, too, the wall of the fixed occupancy is either drilled through at numerous points or provided with milled or screwed-in grooves. These grooves are either parallel to the axis or perpendicular to it. A suitable membrane made of rubber, celluloid or oil paper is then placed around the circumference of the prism. That side of the membrane which is made conductive, e.g. B. by brushing with Aquadag, is on the outside if the prism itself is not isolated on the outer periphery. If you carry out such an isolation, z. B. by covering with a layer of lacquer, a metal membrane, for. B. made of aluminum foil, werdca or the aquadag layer of the celluloid membrane can be turned inward. This gives the great advantage of small air gaps. The membrane should only rest on the edges of the prism and otherwise have a certain air distance from the metal body, which can be selected about 0.03 mm in the middle of the side lines. In order to ensure this air gap, the side lines L of the polygon (see Fig. 3 ) are not exactly straight, but rather curved slightly inward in the middle in a manner known per se. The deviation from the straight line should be about 0.05 mm in the middle and decrease evenly after the edges of the polygon. If the membrane is now under direct current voltage during operation, it bends a little, namely in the middle of the polygon sides by about 0.03 mm, so that there still remains a working distance of 0.03 mm.

Es ist nicht ratsam, für die Membran eine einzige, große, zusammenhängende Fläche zu wählen, da in solchem Falle ein gleichmäßiges Anliegen an den Kanten des Prismas nicht gewährleistet ist und auch die Luftabstände an denjenigen Stellen, wo die Membran schwingen soll, keine wegs gleichmäßig sind. Man muß nämlich beobachten, daß Abstandsdifferenzen von wenigen hundertstel Millimeter schon eine große Rolle spielen, da der Abstand der Membran vom Zylinder an denjenigen Stellen, wo sie schwingen soll, regulärerweise selbst nur im Mittel einige hundertstel Millimeter, z. B. nur 0,03 mm ist. Unregelmäßigkeiten im Luftabstand machen sich durch eine Minderung der Empfindlichkeit geltend.It is not advisable to choose a single, large, contiguous surface for the membrane, since in such a case uniform contact with the edges of the prism is not guaranteed and the air gaps at those points where the membrane is supposed to vibrate are not evenly distributed are. One has to observe that differences in distance of a few hundredths of a millimeter already play a major role, since the distance between the membrane and the cylinder at those points where it is supposed to vibrate is usually only a few hundredths of a millimeter on average, e.g. B. is only 0.03 mm. Irregularities in the air gap make themselves felt through a reduction in sensitivity.

Aus diesem Grunde unterteilt man zweckmäßig die Membran in Bänder oder Streifen, die um den Umfang des Prismas herumgelegt und mit ihren Enden irgendwie miteinander oder mit dem Zylinder verbunden sind. Abb. 5 zeigt bei b ein Band, z. B. aus Celluloid, dessen Enden mit zwei Metallstückchen m, m verbunden sind, die ihrerseits verschraubt werden. Durch mehr oder weniger starkes Zuschrauben kann man den Zug des Bandes einstellen, was für das Herausholen der höchsten Empfindlichkeit des Lautsprechers von Bedeutung ist. Bei c erkennt man eine Einrichtung, wo die Bänder durch eine Spiralfeder unter einem bestimmten Zug gehalten sind.For this reason, it is expedient to divide the membrane into bands or strips which are placed around the circumference of the prism and are somehow connected to one another or to the cylinder at their ends. Fig. 5 shows a band at b, e.g. B. made of celluloid, the ends of which are connected to two pieces of metal m, m , which in turn are screwed. The tension of the tape can be adjusted by more or less screwing it down, which is important for getting the highest sensitivity out of the loudspeaker. At c you can see a device where the bands are held under a certain tension by a spiral spring.

Statt Bänder oder Streifen kann man auch dünne, leitend gemachte Fäden, z. B. Seidenfäden, die durch Aquadag hindurchgezogen sind, verwenden. Diese Fäden werden auf das Prisma Faden neben Faden aufgewikkelt, so daß sie in bezug auf Schallabgabe genau wie zusammenhängende Schicht wirken. Natürlich muß in einem solchen Falle die Oberfläche des Prismas mit einem Lacküberzug versehen sein, um Kurzschluß zu vermeiden. Recht gut eignet sich jene Lacksorte, die für die in der Elektrotechnik bekannten sogenannten Lackdrähte verwendet wird. Die Seidenfäden können auch durch dünne mit Lack- oder Seidenumspinnung isolierte Kupfer- oder Aluminiumdrähte ersetzt werden.Instead of ribbons or strips, you can also use thin, conductive threads, z. B. Use silk threads pulled through Aquadag. These threads are wound on the prism thread next to thread, so that they are with respect to sound output act exactly like coherent layers. In such a case, of course, must the surface of the prism be provided with a lacquer coating in order to short-circuit avoid. The type of paint that is used in electrical engineering is quite suitable known so-called enamelled wires is used. The silk threads can also go through replaces thin copper or aluminum wires insulated with lacquer or silk wrapping will.

Die Abb. 6 und 7 zeigen im Schnitt bzw. in der Ansicht eine Ausführungsform, bei der die feste Belegung die Form eines dreiseitigen Prismas hat. Hierbei ist die Krümmung der einzelnen Teilflächen bei a der Deutlichkeit 'halber etwas übertrieben dar-,gestellt.Figs. 6 and 7 show in section and in the view an embodiment, in which the fixed occupancy has the shape of a three-sided prism. Here is the curvature of the individual partial surfaces at a is somewhat exaggerated for the sake of clarity represented, represented.

Ein weiterer praktischer Vorzug der beschriebenen Lautsprecher besteht in dem verhältnismäßig geringen Raumbedarf gegenüber elektrostatischen Lautsprechern mit einer einzigen großen Membran.Another practical advantage of the loudspeakers described is the relatively small space requirement compared to electrostatic loudspeakers with a single large membrane.

Claims

PATENT CLAIMS: i. E. Electrostatic loudspeaker in which a Sound emission takes place in several directions, characterized in that the fixed occupancy has the shape of a prism on its individual partial surfaces the vibrating assignment or the vibrating assignments are arranged. z. Electrostatic loudspeaker according to Claim i, characterized in that the oscillating coatings on the counter electrode in places, preferably at their edges, either directly or separated by a thin insulating layer rest firmly and the counter electrode in a known manner between them Support points is slightly curved inwards.