DE539582C

DE539582C - Electrostatic speaker

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Publication number: DE539582C
Application number: DE1930539582D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1930-06-18
Filing date: 1930-06-18
Publication date: 1931-11-28
Also published as: FR41827E; GB372590A; BE377277A; FR718092A

Description

Elektrostatische Schallgeräte bestehen bekanntlich aus einer leitfähigen Membran und auf einer oder beiden Seiten der Membran in geringem Abstand angeordneten festen Platten. Membran und feste Platten bilden die Belegungen eines Kondensators, dem variable Spannungen zugeführt werden. Die zwischen den festen und schwingungsfähigen Kondensatorbelegungen dabei auftretenden anziehenden und abstoßenden Kräfte versetzen die Membran im Rhythmus der Spannungsänderungen in Schwingungen und bringen sie so zum Tönen. Zur Erzielung großer Lautstärke sind beträchtliche Spannungen in der Größen-Ordnung von mehreren tausend Volt erforderlich, und daraus ergibt sich die Gefahr, daß die zwischen der Membran und den festen Platten vorhandenen Isolierschichten durchschlagen werden.As is known, electrostatic sound devices consist of a conductive membrane and closely spaced solid plates on one or both sides of the membrane. The membrane and solid plates form the layers of a capacitor, the variable Voltages are supplied. The one between the fixed and oscillating capacitor assignments The attractive and repulsive forces that occur move the membrane to the rhythm of the changes in tension vibrate and make them sound. To achieve great volume there are considerable tensions in the order of magnitude of several thousand volts is required, and from this there is a risk that the between the membrane and the solid Existing insulating layers through the panels.

Zur Sicherung gegen die Durchschlagsgefahr ist erfindungsgemäß parallel zu den Luftzwischenräumen zwischen den Belegungen eine Funkenstrecke angeordnet, die so eingestellt ist, daß die Überschlagsspannung zwisehen den Polen der Funkenstrecke unterhalb der durch die Durchschlagsfestigkeit des Isoliermittels gegebenen Grenze liegt. Auftretende Überspannungen können sich dabei zwischen den Elektroden der Funkenstrecke entladen, ohne die Isolierung zu gefährden. Die Pole der Entladungsstrecke sind zweckmäßig an den Enden abgeflacht, um eine Lichtbogenbildung zu verhindern. Die Funkenstrecke kann auch innerhalb einer Gasatmosphäre angeordnet sein. Zweckmäßig wird die Entladungsstrecke unmittelbar mit dem zu schützenden Schallgerät verbunden.To protect against the risk of breakdown, according to the invention, parallel to the Air gaps between the assignments arranged a spark gap, which is set is that the withstand voltage between the poles of the spark gap below the limit given by the dielectric strength of the insulating material. Occurring Overvoltages can discharge between the electrodes of the spark gap, without endangering the insulation. The poles of the discharge path are expediently on Flattened ends to prevent arcing. The spark gap can also be arranged within a gas atmosphere. The discharge path is useful directly connected to the sound device to be protected.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen veranschaulicht.The invention is illustrated in the drawing in several exemplary embodiments.

In der Abb. 1 ist α die Membran und b die feste Belegung eines elektrostatischen Lautsprechers. Die Platte b ist mit einer Isolierschicht c überzogen. Zur Erzeugung der zum Betrieb elektrostatischer Lautsprecher erforderlichen Vorspannung dient der Kondensator d, der von der Spannungsquelle E_e aufgeladen wird und dessen Belegungen einerseits mit der Membran α und anderseits mit der festen Platte b verbunden sind. Die den zu übertragenden Schallschwingungen entsprechenden Spannungsänderungen werden den Belägen des Lautsprechers über den Transformator e zugeführt. Parallel zur sekundären Wicklung dieses Transformators bzw. zu dem Lautsprecher a-b liegt die Entladungsstrecke / mit den Polen g¹ und g², deren Abstand veränderlich ist. In Reihe mit der Entladungsstrecke liegt ein hochohmiger Widerstand w, der verhindert, daß der Entladungsstrom zu stark wird und störende Geräusche im Laut-Sprecher verursacht.In Fig. 1, α is the membrane and b is the fixed occupancy of an electrostatic loudspeaker. The plate b is covered with an insulating layer c . The capacitor is used to generate the electrostatic speaker for operating bias voltage required d, which is charged by the voltage source E and _e on the one hand α whose assignments with the membrane and are connected on the other hand b with the fixed plate. The voltage changes corresponding to the sound vibrations to be transmitted are fed to the coverings of the loudspeaker via the transformer e . Parallel to the secondary winding of this transformer or to the speaker is from the discharge path / to the poles of g ¹ and g ^2, the spacing is variable. In series with the discharge path there is a high resistance w, which prevents the discharge current from becoming too strong and causing disturbing noises in the loudspeaker.

Die Wirkungsweise der Entladungsstrecke ist in Abb. 2 und 3 graphisch dargestellt. In den Kurven sind die Spannungen E in Abhängigkeit von der Zeit t wiedergegeben. Der statischen Vorspannung (Gleichspannung) E_g The mode of operation of the discharge path is shown graphically in Figs. 2 and 3. In the curves, the voltages E are shown as a function of time t . The static bias (DC voltage) E _g

ist die Wechselspannung E_w überlagert. E_max ist die Höchstspannung, die der Durchschlagsfestigkeit des Dielektrikums zwischen α und b entspricht. Entsprechend dieser Spannung ist der Elektrodenabstand der Funkenstrecke eingestellt, und zwar so, daß die Überschlagsspannung unterhalb der Durchsehlagsspannung liegt. Die in Abb. 2 dargestellte Spannungskurve bleibt mit ihrem Scheitelwert unterhalb der Überschlagsspannung, so daß die Entladungsstrecke nicht zur Wirkung gelangt. Sobald aber, wie in Abb. 3 dargestellt, die Spannungsamplitude die durch die Länge der Funkenstrecke bestimmte Grenze erreicht, findet zwischen den Elektroden g¹, g² ein Überschlag statt, und die Spannung bricht zusammen, wobei sich auch der Kondensator el entlädt. Der Grad des Absinkens der Spannung hängt ab vo;n der Geschwindigkeit, mit der sich der Kondensator d wieder auflädt, sowie von der Größe des Entladungsstromes, der von dem Widerstand w mitbestimmt wird. Durch passende Wahl dieser Größen kann erreicht werden, daß bei Überspannung nicht bei jeder Spitze ein Überschlag stattfindet, sondern ingewissen Zwischenräumen, nämlich immer erst dann, wenn sich der Kondensator d auf den Normalwert der Gleichspannung aufgeladen hat und in Verbindung mit den ihm überlagerten Wechselspannungen den Überschlagswert überschreitet. Die Kurve h läßt das allmähliche Ansteigen der Vorspannung erkennen. Auf diese Weise macht sich die Überspannung akustisch bemerkbar, ohne ein anhaltendes Störgeräusch zu verursachen.the alternating voltage E _{w is} superimposed. E _max is the maximum voltage that corresponds to the dielectric strength of the dielectric between α and b. The electrode spacing of the spark gap is set in accordance with this voltage in such a way that the breakdown voltage is below the breakdown voltage. The voltage curve shown in Fig. 2 remains with its peak value below the flashover voltage, so that the discharge path does not take effect. As soon as, however, as shown in Fig. 3, the voltage amplitude reaches the limit determined by the length of the spark gap, a flashover takes place between the electrodes g ¹ , g ² , and the voltage collapses, with the capacitor el also discharging. The degree to which the voltage drops depends on the speed at which the capacitor d charges up again and on the size of the discharge current, which is also determined by the resistance w . By choosing these values appropriately, it can be achieved that in the event of an overvoltage a flashover does not take place at every peak, but rather at certain intervals, namely only when the capacitor d has been charged to the normal value of the direct voltage and, in conjunction with the alternating voltages superimposed on it, the Rollover value exceeds. The curve h shows the gradual increase in the preload. In this way, the overvoltage is acoustically noticeable without causing persistent background noise.

In Abb. 4 ist die Anordnung der Funkenstrecke bei einem elektrostatischen lautsprecher mit zweiseitig erregter Membran dargestellt. Zu beiden Seiten der Membran a sind die festen Elektroden b¹ und b~ angeordnet. Die Pole der Vorspannungsquelle E_g sind einerseits mit der Membran a, anderseits mit dem Nullpunkt der sekundären Wicklung des Transformators e verbunden, so daß sich die Spannung gleichmäßig auf die beiden Außenbelegungen b¹, b² verteilt. Die Wechselspannungen werden durch den Transformator e auf die festen Elektroden b¹ und b² übertragen, deren Ladungen sie im Rhythmus der Schall-Übertragungen stärken oder schwächen. Die Entladungsstrecke/ liegt wieder parallel zur sekundären Wicklung des Transformators bzw. zu dem durch die Außenbelegungen begrenzten Luftraum, in dem die Membran schwingt. Beim Durchschlagen der Funkenstrecke/ wird bei dieser Anordnung lediglich die Wechselspannung kurzgeschlossen, während die Gleichspannung unberührt bleibt.Fig. 4 shows the arrangement of the spark gap in an electrostatic loudspeaker with a membrane that is excited on both sides. The fixed electrodes b ¹ and b ~ are arranged on both sides of the membrane a. The poles of the bias voltage source E _g are connected on the one hand to the membrane a and on the other hand to the zero point of the secondary winding of the transformer e , so that the voltage is evenly distributed over the two external assignments b ¹ , b ² . The alternating voltages are transmitted through the transformer e to the fixed electrodes b ¹ and b ² , the charges of which they strengthen or weaken in the rhythm of the sound transmissions. The discharge path / is again parallel to the secondary winding of the transformer or to the air space in which the membrane oscillates, which is delimited by the external layers. When the spark gap / breaks down, only the alternating voltage is short-circuited in this arrangement, while the direct voltage remains unaffected.

In Abb. 5 ist eine etwas veränderte Schaltung der Entladungsstrecke in Verbindung mit einem doppelseitig erregten Lautsprecher dargestellt, wobei die Außenbelegungen b¹ und b² gleichnamige Vorspannungspotentiale besitzen. In diesem Falle liegt aber die Entladungsstrecke zwischen der Membran und einer der Außenbelegungen. Die statische Vorspannung wird einem Kondensator d entnommen, der mittels einer Gleichrichteranordnung, bestehend aus einer Röhre/ und dem Transformator k aus dem Wechselstromnetz, aufgeladen wird. Bei dieser Anordnung sinkt beim Durchschlagen der Funkenstrecke mit der Wechselspannung auch die statische Vorspannung ab, indem sich der Kondensator 6? entlädt. Die Größe des Entladungsstromes wird wieder durch den Vorschaltwiderstand w bestimmt. Die Anordnung hat den Vorteil, daß der Entladungsstrom niedriger ist als bei der Anordnung nach Abb. 4, bei der die Funkenstrecke parallel zu der ganzen Wicklung des 8o' Transformators liegt. Bei der Schaltung nach Abb. 5 erfolgt eine geringere Ionisierung der Funkenstrecke und eine raschere Unterbrechung der Entladung, d. h. ein präziseres Ansprechen der Sicherung.Fig. 5 shows a slightly modified circuit of the discharge path in connection with a double-sided excited loudspeaker, the external assignments b ¹ and b ² having the same bias potentials. In this case, however, the discharge path lies between the membrane and one of the outer layers. The static bias voltage is taken from a capacitor d which is charged by means of a rectifier arrangement consisting of a tube / and the transformer k from the alternating current network. With this arrangement, when the alternating voltage breaks down the spark gap, the static bias voltage also drops, as the capacitor 6? discharges. The size of the discharge current is again determined by the series resistor w . The arrangement has the advantage that the discharge current is lower than in the arrangement according to Fig. 4, in which the spark gap is parallel to the entire winding of the 80 'transformer. With the circuit according to Fig. 5, there is less ionization of the spark gap and a more rapid interruption of the discharge, ie a more precise response of the fuse.

Abb. 6 zeigt eine Schaltung, bei der die Außenbelegungen ungleichnamige Vorspannungspotentiale erhalten. Die Spannung wird den Kondensatoren d¹, d² entnommen, die mittels einer Gleichrichteranordnuhg aus dem Wechselstromnetz aufgeladen werden. Die Wechselspannungen werden in der aus dem Schaltbild ersichtlichen Weise über den Transformator e zugeführt. Bei dieser Schaltung sind zwei Entladungsstrecken/¹,/² vorgesehen, die in Reihe mit den Widerständen w¹, W² parallel zu den Kondensatoren d¹, d² bzw. zu dem Luftraum zwischen Membran und Außenbelegungen geschaltet sind.Fig. 6 shows a circuit in which the external assignments receive different bias potentials. The voltage is taken from the capacitors d ¹ , d ² , which are charged from the alternating current network by means of a rectifier arrangement. The alternating voltages are supplied via the transformer e in the manner shown in the circuit diagram. In this circuit, two discharge paths / ¹ , / ^{2 are} provided, which are connected in series with the resistors w ¹ , W ^{2 in} parallel with the capacitors d ¹ , d ² or with the air space between the membrane and the external coatings.

Die konstruktive Durchbildung der Entladungsstrecke nach der Erfindung ist in den Abb. 7 und S beispielsweise dargestellt. Die beiden festen Elektroden b¹, b², die in Abb. 7 und 8 im Schnitt dargestellt sind, bestehen aus Isolierstoff und sind auf den der Membranö zugekehrten Seiten mit einer leitenden Schicht, z. B. von kolloidalem Graphit, überzogen. In den Rand der Platten sind die Gewindebuchsen I¹, I² eingepreßt, in denen die Stellschrauben m¹, m² geführt sind. Der Abstand der Schrauben, das ist die Länge der Funkenstrecke, ist der Durchsehlagsspannung des Dielektrikums entsprechend eingestellt, und zwar so, daß die Überschlagsspannung unterhalb der Durchsehlagsspannung liegt. Bei der Ausführungsform nach Abb. 8 ist nur eine Stellschrauben vorgesehen, während der zweite Pol der Funkenstrecke durch die Membrane gebildet wird. Dieser Anordnung liegt die Schaltung nach Abb. 5 zugrunde. Der in Reihe mit der Funkenstrecke liegende hochohmige Widerstand w kann durch einen strei-The structural design of the discharge path according to the invention is shown in Figs. 7 and 5, for example. The two fixed electrodes b ¹ , b ² , which are shown in section in Fig. 7 and 8, consist of insulating material and are coated on the sides facing the membrane with a conductive layer, e.g. B. of colloidal graphite coated. The threaded sockets I ¹ , I ² , in which the adjusting screws m ¹ , m ^{2 are} guided, are pressed into the edge of the plates. The distance between the screws, that is the length of the spark gap, is set according to the breakdown voltage of the dielectric, specifically so that the breakdown voltage is below the breakdown voltage. In the embodiment according to Fig. 8, only one set screw is provided, while the second pole of the spark gap is formed by the membrane. This arrangement is based on the circuit shown in Fig. 5. The high-ohmic resistance w , which is in series with the spark gap, can be

fenförmigen Ausschnitt des Graphitbelages der festen Elektroden gebildet werden. Dadurch erübrigt sich der Einbau besonderer Vorschaltwiderstände.fen-shaped cutout of the graphite coating of the fixed electrodes are formed. Through this there is no need to install special series resistors.

Claims

Patent claims:

1. Electrostatic loudspeaker, * characterized in that parallel to the Loudspeaker a fuse spark gap is connected.

2. Electrostatic loudspeaker according to claim i, characterized in that a high-resistance resistor is connected in series with the spark gap.

3. Electrostatic loudspeaker according to claim 1 and 2, characterized in that that the discharge path in the solid electrodes made of insulating material of the loudspeaker is built in.

4. Electrostatic loudspeaker according to claim 1 to 3, characterized in that that the resistor lying in series with the discharge path is formed by part of the graphite layer, with which the fixed electrodes are occupied.

1 sheet of drawings