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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft ein Mikrofon des Kondensatortyps, und insbesondere
ein Kondensatormikrofon, das sich das Elektret- (permanente Elektrifizierung)
Phänomen
zu Nutze macht.
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Stand der
Technik
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Bisher
war das Elektret-Kondensatormikrofon bekannt, das Schwankungen der
Kapazität
eines Kondensators nutzt, der eine elektrisch leitfähige Schwingmembran
und eine elektrisch leitfähige
Platte aufweist, auf der ein Elektret-Film (permanent elektrifizierter
Film) wie FEP (Fluorethylenpropylen) ausgebildet ist, um einen Schalldruck
in ein elektrisches Signal zu wandeln (siehe japanisches Gebrauchsmuster,
Eintragungsnummer 2548543 und japanische Patentanmeldung, Veröffentlichung
Nr. 11-150795). Das Elektret-Kondensatormikrofon lässt sich
grob in zwei Kategorien einteilen, nämlich den Front-Elektrettyp
und den Back-Elektrettyp auf Basis der relativen Position von Membran
und Elektretfilm. Grundsätzlich
ist der Front-Elektrettyp hinsichtlich der Miniaturisierung überlegen,
während
der Back-Elektrettyp hinsichtlich Leistung und Kosten überlegen
ist. Der allgemeine Aufbau dieser zwei Typen von Elektret-Kondensatormikrofonen
wird nachstehend beschrieben.
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8 ist
eine Schnittansicht, die den Aufbau eines Mikrofons 100 veranschaulicht,
das ein Beispiel für
ein Elektret-Kondensatormikrofon vom Front-Elektrettyp gemäß dem Stand
der Technik ist.
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Wie
aus 8 ersichtlich ist, enthält das Mikrofon 100 eine
Kapsel 101 in Form eines zylindrischen Bechers mit Bodenwandung
aus Metall wie Aluminium und hat eine integral ausgebildete Bodenwandung,
die im Folgenden als Frontplatte 101a bezeichnet wird;
eine FEP-Schicht 102, bei der es sich um einen Elektret-Film
handelt; ein ringförmiges scheibenartiges
Abstandsstück 103 aus
einem elektrischen Isolator wie PET (Polyester) oder dgl.; eine Membran 104,
die einen Film 104a wie PET und eine Metallschicht aus
z. B. auf dem Film 104a aus der Dampfphase abgeschiedenem
Nickel; zylindrische Ringe 105 und 106 aus einem
elektrischen Leiter wie Edelstahl oder dgl.; einen aus Epoxidglas
oder dgl. gebildeten Sockel 107 mit einer die Richtcharakteristik
modulierenden Schallöffnung 107a als
Durchgangsöffnung
und einen impedanzwandelnden FET (field-effect transistor: Feldeffekttransistor) 108 sowie einen
Chip-Kondensator 109, die darauf installiert sind.
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In
der Frontplatte 101a ist eine Eingangsschallöffnung 101aa als
Durchgangsöffnung
ausgebildet, und ein FEP-Film 102, der ein Isolator ist
und einer Polarisierungsbehandlung unterzogen worden ist, um der
Elektret-Film zu werden, ist auf der gesamten Oberfläche der
Innenwand der Kapsel 101 mit Ausnahme ihres oberen gebogenen
Endabschnitts 101c aufgebracht. Der FEP 102, das
Abstandsstück 103,
die Membran 104, der Ring 105, der Ring 106 und
der Sockel 107 sind in der genannten Reihenfolge nacheinander
auf dem FEP-Film 102 auf der Innenwandseite der Frontplatte 101a gestapelt.
Das obere Ende (oder das hintere Ende, wenn die Frontplatte als
vorderes Ende betrachtet wird, wenn sie zur Schallquelle weist)
der Kapsel 101 ist nach innen gebogen, so dass eine Stirnfläche des Sockels 107 zur
Frontplatte 101a gepresst wird, wodurch wiederum das Abstandsstück 103,
die Membran 104, der Ring 105 und der Ring 106 als
Einheit zur Frontplatte 101a gepresst werden, um in ihrer Lage
gehalten zu werden.
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Außerdem sind
der FET 108 und der Chip-Kondensator 109 an der
Innenwand des Sockels 107 installiert, und der Ausgang
eines von diesen Komponenten gebildeten elektrischen Kreises ist elektrisch über Durchgangsöffnungen 107b, 107c mit einer
Ausgangsanschluss- 110a und GND-(ground: Masse) Verdrahtung 110b verbunden,
die an der Außenwand
des Sockels 107 vorgesehen ist. Die GND-Verdrahtung 110b ist
wiederum mit der Kapsel 101 am gebogenen Abschnitt 101c elektrisch
verbunden. Der FET 108 und der Chip-Kondensator 109 sind über eine
Verdrahtung (nicht dargestellt) auf dem Sockel 107 mit
dem Ring 106 elektrisch verbunden. Der Ring 106 ist
mit dem Ring 105 elektrisch verbunden, der seinerseits
mit dem aus der Dampfphase auf der Membran 104 abgeschiedenen
Metallfilm 104b elektrisch verbunden ist.
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9 ist
eine Schnittansicht, die den Aufbau eines Mikrofons 200 veranschaulicht,
das ein Beispiel für
ein Elektret-Kondensatormikrofon vom Back-Elektrettyp gemäß dem Stand
der Technik ist.
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Wie
aus 9 ersichtlich ist, enthält das Mikrofon 200 eine
Kapsel 201 in Form eines zylindrischen Bechers mit Bodenwandung
aus Metall wie Aluminium und hat eine integral ausgebildete Frontplatte 201a;
zylindrische Ringe 202 und 208 aus Edelstahl oder
dgl.; ein ringförmiges
scheibenartiges Abstandsstück 203 aus
PET (Polyester) oder dgl.; eine Membran 204, die einen
Film 204a wie PET und eine Metallschicht 204b aus
z. B. auf dem Film 204a aus der Dampfphase abgeschiedenem
Nickel; eine FEP-Schicht 205, bei der es sich um einen
Elektret-Film handelt, der einer Polarisierungsbehandlung unterzogen
worden ist; eine plattenartige Back-Elektrodenplatte 206 aus
Edelstahl oder dgl.; einen zylindrischen Isolatorhalter 207;
und einen aus Epoxidglas oder dgl. gebildeten Sockel 107 mit
einer die Richtcharakteristik modulierenden Schallöffnung 209a als
Durchgangsöffnung
und einen impedanzwandelnden FET 210 sowie einen Chip-Kondensator 211,
die darauf installiert sind. Die Frontplatte 201a ist mit
als Durchgangsöffnungen
ausgeführten
Eingangsschallöffnungen 201ba, 201bb und 201bc versehen,
und ein FEP 205 ist auf der Oberfläche der Frontseite der Back-Elektrodenplatte 206 angeordnet,
in denen Entlüftungsbohrungen 206a, 206b als
Durchgangsöffnungen
ausgebildet sind.
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Der
Ring 202, die Membran 204 und das Abstandsstück 203 sind
in der genannten Reihenfolge auf der Oberfläche der Innenseite der Frontplatte 201a gestapelt,
und der Halter 207 sowie ein Abschnitt der Back-Elektrodenplatte 206 an
der Seite des FEP 205 sind am Abstandsstück 203 angeordnet.
Der Ring 208 ist ferner auf der Back-Elektrodenplatte 206 und
der Sockel 209 ist am Halter 207 und am Ring 208 platziert.
Die so angeordneten Ringe 202, 208, das Abstandsstück 203,
die Membran 204, die Back-Elektrodenplatte 206,
der Halter 207 und der Sockel 209 sind so ausgeführt, dass
sie als eine Einheit zur Frontplatte 201a gepresst werden,
wobei sie in ihrer Lage gesichert werden, indem der hintere Endabschnitt 201c der
Kapsel 201 nach innen gebogen wird, um eine Stirnfläche des
Sockels 209 zur Frontplatte 201a zu pressen.
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Außerdem sind
der FET 210 und der Chip-Kondensator 211 an der
Innenwand des Sockels 209 installiert, und der Ausgang
eines von diesen Komponenten gebildeten elektrischen Kreises ist elektrisch über Durchgangsöffnungen 209b, 209c mit einem
Ausgangsanschluss 212 und einer GND-Verdrahtung 212b verbunden,
die an der Außenoberfläche des
Sockels 209 vorgesehen ist. Die GND-Verdrahtung 212b ist
wiederum mit der Kapsel 201 elektrisch verbunden. Der FET 210 und
der Chip-Kondensator 211 sind über eine Verdrahtung (nicht
dargestellt) auf dem Sockel 209 elektrisch mit dem Ring 208 verbunden.
Der Ring 208 und der Ring 202 sind mit der Back-Elektrodenplatte 206 bzw.
der Frontplatte 201a elektrisch verbunden.
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Die
Konstruktionen dieser Elektret-Kondensatormikrofone im Stand der
Technik gemäß den 8 und 9 haben
jedoch den Nachteil, dass ihre Empfindlichkeit durch das Eindringen
von Grobstaub und Staub (im Folgenden einfach als "Grobstaub" bezeichnet) von
außen
auf den Elektret-Film leidet.
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So
ist z. B. im Falle des Elektret-Kondensatormikrofons des Front-Elektrettyps
gemäß 8 der FEP 102,
bei dem es sich um einen Elektret-Film handelt, direkt auf der inneren
Oberfläche
der Frontplatte 101a ausgebildet. Folglich ist der Eindringweg des
Grobstaubs von außerhalb
der Kapsel 101 zum FEP-Elektret-Film 102 im Wesentlichen
nur gleich der Tiefe der Eingangsschallöffnung 101aa, d. h.
der Dicke der Frontplatte 101a, so dass die Wahrscheinlichkeit,
mit der der Grobstaub in der Umgebungsluft den FEP 102 erreicht,
sehr hoch ist. Es ist empirisch bestimmt worden, dass dann, wenn
der Grobstaub den FEP-Elektret-Film 102 erreicht und daran
haften bleibt, das Potential des die Membran 104 und die Frontplatte 101a aufweisenden
Kondensators verringert wird, was zu einer Verschlechterung der
Empfindlichkeit des Mikrofons 100 führt.
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Auch
im Fall des Elektret-Kondensatormikrofons des Back-Elektrettyps
ist es wahrscheinlich, dass der Grobstaub dann, wenn der Sockel 209 mit der
die Richtcharakteristik modulierenden Schallöffnung 209a ausgeführt ist,
um bidirektionale Eigenschaften bereitzustellen wie in 9 dargestellt, durch
die die Richtcharakteristik modulierenden Schallöffnung 209a in die
Kapsel gelangt. Und wenn der Grobstaub, der so in die Kapsel gelangen
konnte, ferner durch die Entlüftungsbohrungen 206a, 206b bis
zum FEP-Elektret-Film 102 vordringt, kann dies zu einer
Verschlechterung der Empfindlichkeit des Mikrofons führen wie
im Fall des oben erläuterten Front-Elektrettyps.
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Das
im oben genannten japanischen Gebrauchsmuster, Eintragungsnummer
2548543, offenbarte Mikrofon sollte diesen Nachteil überwinden (vgl. 13 bis 17 der
EP-A-0531613). Der wesentliche Teil dieses Geräts ist in den 10 und 11 dargestellt.
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Die 10 und 11 veranschaulichen
die verbesserte Ausführung
der Eingangsschallöffnung 101aa in
der Frontplatte 101a des in 8 dargestellten
Mikrofons 100 gemäß dem Stand
der Technik. 10 ist eine Schnittansicht bei
Blick in Richtung der Pfeile C von der in 11 gezeigten
Schnittebene aus.
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Diese
verbesserte Durchgangsöffnung
weist eine ringförmige
erste Ausnehmung 101-1 auf, die in die Frontplatte 101a von
der vorderen Stirnfläche
zur Rückseite
(von der Unterseite zur Oberseite der Frontplatte in 10),
wie durch den Pfeil A angedeutet ist, bis zu einer Tiefe Q geschnitten
wird, die etwa gleich ist der halben Dicke P der Frontplatte, wobei
einige (z. B. drei) in Umfangsrichtung beabstandete Verbindungsabschnitte 101-2 (siehe 11)
um den Innenumfang der Ausnehmung stehen bleiben. Dann wird eines
ringförmige
zweite Ausnehmung 101-3 in die Frontplatte 101a von
ihrer hinteren Stirnfläche
zur Vorderseite auf eine Tiefe (P – Q + R) geschnitten, die etwas
größer ist
als die verbliebene Hälfte
(P – Q)
der Dicke der Frontplatte.
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Es
ist zu beachten, dass die erste und zweite Ausnehmung 101-3 so
dimensioniert sind, dass der Innendurchmesser der zweiten ringförmigen Ausnehmung
den Außendurchmesser
der ersten ringförmigen
Ausnehmung 101-1 berührt,
so dass die beiden Ausnehmungen miteinander über einen Schlitz 101-4 mit
einer Tiefe (R) in Verbindung stehen. Es versteht sich, dass dann,
wenn die ringförmige
Ausnehmung 101-3 gebildet wird, der von der ringförmigen Ausnehmung
nach innen verbliebene Bereich 101-5 aufgrund der Verbindungsabschnitte 101-2 nicht
von der Frontplatte getrennt werden kann.
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Mit
dieser verbesserten Eingangsschallöffnung (Durchgangsöffnung),
die wie oben erläutert ausgebildet
ist, kann Grobstaub aus der Umgebungslust durch die erste Ausnehmung 101-1 von der
Vorderseite aus eindringen und weiter über den Schlitz 101-4 mit
der Tiefe (R) und dann durch die zweite Ausnehmung 101-3 gelangen,
bevor er den FEP-Film 102 erreicht. Das Eindringen des Grobstaubs
kann unterdrückt
werden, indem die Tiefe R des Schlitzes 101-4 klein eingestellt
wird.
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Eine
derartige verbesserte Durchgangsöffnung
muss jedoch durch Ausschneiden zweier Ausnehmungen in der Frontplatte
von ihren gegenüberliegenden
Seiten mit hochpräziser
Ausrichtung gebildet werden, um den Schlitz 101-4 im Wesentlichen
in der Mitte der Dicke der Frontplatte zu definieren. Dies bedingt
in unerwünschter
Weise höhere
Fertigungskosten sowie eine zeit- und arbeitsaufwändige Herstellung.
Außerdem
wird das Eindringen des Grobstaubs nur mit Hilfe des Schlitzes 101-4 eingedämmt, während die
Länge des
Eindringweges unverändert
bleibt, d. h. im Wesentlichen gleich ist der Dicke der Frontplatte,
so dass diese verbesserte Durchgangsöffnung mit ihrer begrenzten
Fähigkeit, das
Eindringen von Grobstaub zu unterdrücken, als unzureichend befunden
worden ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung geht die oben genannten Probleme in Stand der Technik
an und stellt ein Mikrofon bereit, das in der Lage ist, die Verschlechterung
der Empfindlichkeit aufgrund des Eindringens von Grobstaub von außen zum
Elektret-Film zu unterdrücken.
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Zur
Lösung
der oben genannten Probleme wird gemäß dieser Erfindung eine Verbesserung
im Kondensatorabschnitt bereitgestellt, die aufweist: eine elektrisch
leitfähige
Schwingmembran, die als eine Elektrode dient; eine elektrisch leitfähige Back-Elektrodenplatte,
die als Gegenelektrode dient und parallel sowie gegenüber und
im Abstand mit einer vorgegebenen Spaltbreite zur Membran mit einem
elektrisch isolierenden Abstandsstück dazwischen; und eine Elektret-Schicht,
die entweder auf der Oberfläche
der Back-Elektrodenplatte an der Membranseite oder auf der Oberfläche der
Membran an der Seite der Back-Elektrodenplatte ausgebildet ist,
und ferner eine Abdeckplatte, die auf der Back-Elektrodenplatte
so befestigt ist, dass sie die vordere Oberfläche der Back-Elektrodenplatte
gegenüber
der membranseitigen Oberfläche
abdeckt, um einen verbesserten Kondensatorabschnitt zu definieren.
Der verbesserte Kondensatorabschnitt ist in einer Kapsel aufgenommen,
um ein verbessertes Elektret-Kondensatormikrofon bereitzustellen.
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Beim
verbesserten Kondensatorabschnitt ist die Abdeckplatte an der Back-Elektrodenplatte
entweder in innigem Kontakt direkt auf der Back-Elektrodenplatte
befestigt oder sie ist an der Back-Elektrodenplatte mit einem ringscheibenartigen
Abstandsstück
gesichert, das zwischen der Back-Elektrodenplatte
und der Abdeckplatte angeordnet ist. Außerdem sind in der Back-Elektrodenplatte
und der Abdeckplatte jeweils Entlüftungsöffnungen als Durchgangsöffnungen
ausgebildet, die so positioniert sind, dass sie nicht miteinander
fluchten. Im Fall des innigen Kontakts miteinander hat mindestens
eine der unmittelbar aufeinander befestigten Oberflächen einen
darin ausgebildeten Schlitz, der senkrecht zur Achse der Entlüftungsöffnungen
verläuft
und die Entlüftungsöffnungen
der Back-Elektrodenplatte und der Abdeckplatte verbindet, die so
positioniert sind, dass sie nicht miteinander fluchten, wodurch
der Elektret-Film über
den Verbindungsschlitz und die Entlüftungsöffnungen der beiden Platten,
die so durch den Schlitz verbunden sind, mit der Umgebung in Verbindung
steht. Alternativ bildet sich in dem Fall, in dem die Abdeckplatte
mit einem ringscheibenartigen Abstandsstück, das zwischen der Back-Elektrodenplatte
und der Abdeckplatte angeordnet ist, auf der Back-Elektrodenplatte
gesichert ist, ein Spalt oder Abstand zwischen der Back-Elektrodenplatte
und der Abdeckplatte mit einer vom Abstandsstück der Back-Elektrodenplatte
definierten vorgegebenen Spalttiefe, der als Verbindungsschlitz
fungiert, wodurch der Elektret-Film mit der Umgebungsluft über den
Verbindungsschlitz und die Entlüftungsöffnungen
der beiden Platten, die mit dem Schlitz verbunden sind, in Verbindung
steht. Wie diese Konstruktion zeigt, kann die Länge des Eindringweges des Grobstaubs
von außen
zum Elektret-Film auf eine Länge
verlängert
werden, die gleich ist der Tiefe der durch die Frontplatte gebildeten
Entlüftungsöffnung(en),
die als Eingangsschallöffnung(en)
fungiert (fungieren), plus der Tiefe der durch die Back-Elektrodenplatte
gebildeten Entlüftungsöffnung(en),
(d. h. Dicke der Frontplatte plus Dicke der Back-Elektrodenplatte)
sowie plus der Länge
des Verbindungsschlitzes, und dass die Wirkung der Unterdrückung des
Eindringens von Grobstaub durch die Bereitstellung des Verbindungsschlitzes
verstärkt
werden kann. Als Ergebnis ist es möglich, die Wahrscheinlichkeit
zu verringern, dass der Grobstaub, der evtl. von außen in die
Kapsel gelangt, bis zum Elektret-Film vordringt.
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Außerdem sollte
beachtet werden, dass der Grobstaub, der aus der Umgebungsluft über die
die Richtcharakteristik modulierenden Schallöffnung in die Kapsel gelangen
konnte, von der Membran daran gehindert wird, bis zum Elektret-Film
vorzudringen, da diese auf dem Elektret-Film auf der Back-Elektrodenplatte
mit einem dazwischen angeordneten ringförmigen Abstandsstück vorgesehen ist,
das am Umfang der Back-Elektrodenplatte gegenüber der Frontplatte platziert
ist.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1A bis 1F sind
Schnittansichten, die sechs alternative Bauformen des verbesserten Kondensatorabschnitts
gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulichen;
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2 ist
eine Schnittansicht des Aufbaus des Mikrofons gemäß einer
ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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3 ist
eine Ansicht des Mikrofons von unten bei Blickrichtung A in 2;
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4 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in 3, die den
Fall zeigt, in dem ein Schlitz als eine einen akustischen Widerstand
bildender Schlitz ausgeführt
ist;
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5 ist
eine Schnittansicht des Aufbaus des Mikrofons gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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6 ist
eine Schnittansicht des Aufbaus des Mikrofons gemäß einer
dritten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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7 ist
eine Schnittansicht des Aufbaus des Mikrofons gemäß einer
vierten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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8 ist
eine Schnittansicht des Aufbaus des herkömmlichen Kondensatormikrofons
des Front-Elektrettyps;
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9 ist
eine Schnittansicht des Aufbaus des herkömmlichen Kondensatormikrofons
des Back-Elektrettyps;
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10 ist
eine Schnittansicht des Frontplattenabschnitts eines weiteren Beispiels
des Standes der Technik, bei dem der in 8 dargestellte
Stand der Technik verbessert worden ist; und
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11 ist
eine Draufsicht des mittleren Abschnitts der Frontplatte bei Blickrichtung
A in 10.
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BESTE ARTEN
ZUR AUSFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
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Die 1A bis 1F sind
Schnittansichten, die sechs alternative Bauformen des verbesserten
Kondensatorabschnitts gemäß der vorliegenden Erfindung
veranschaulichen. Zunächst
wird das Prinzip der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf
die beiliegenden Zeichnungen erläutert.
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Wie
oben im Abschnitt "Stand
der Technik" anhand
von 8 beschrieben worden ist, enthält das Kondensatormikrofon
des Front-Elektrettyps einen Kondensatorabschnitt, der eine leitfähige Membran 104 aufweist,
die eine Elektrode bildet; eine Frontplatte 101a einer
Kapsel 101, die als Gegenelektrode dient, und parallel
gegenüber
der Membran und in einem vorgegebenen Abstand zu dieser angeordnet
ist; und einen Elektret-Film, der auf einer (z. B. auf der Frontplatte 101a)
der gegenüberliegenden Oberflächen dieser
Platten 104, 101a ausgebildet ist, wobei der Kondensatorabschnitt
in der leitfähigen Kapsel 101 untergebracht
ist.
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Das
Mikrofon gemäß der vorliegenden
Erfindung stellt eine Verbesserung des soeben oben beschriebenen
Kondensatorabschnitts vom Stand der Technik bereit, um einen verbesserten
Kondensatorabschnitt 40 wie in 1A dargestellt
zu definieren, wobei der verbesserte Kondensatorabschnitt 40 in
einer leitfähigen
Kapsel untergebracht ist.
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Die
Kapsel 10 wird zwar in Form eines zylindrischen Bechers
beschrieben, weil die Frontplatte der Kapsel einen Bestandteil des
Kondensatorabschnitts bilden soll. Es sollte jedoch beachtet werden, dass
die Konfiguration der Kapsel nicht auf einen zylindrischen Becher
beschränkt
ist, sondern dass im Prinzip auch eine zylindrische Form mit offenen
gegenüberliegenden
Enden möglich
ist.
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Der
verbesserte Kondensatorabschnitt 40 weist eine elektrisch
leitfähige
Schwingmembran 14 auf, die als eine Elektrode dient, eine
Back-Elektrodenplatte 11, die parallel gegenüber der
Membran und in einem vorgegebenen Abstand zu dieser angeordnet ist,
und einen Elektret-Film 12, der auf einer (z. B. der Back-Elektrodenplatte 11)
der gegenüberliegenden
Oberflächen
der Back-Elektrodenplatte und der Membran ausgebildet ist, und eine
Abdeckplatte 41, in innigem Kontakt auf der Außenoberfläche der
Back-Elektrodenplatte befestigt ist, die notwendigerweise mit Durchgangsöffnungen 11a, 11b versehen
sein muss, die als Entlüftungsöffnungen dienen.
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Die
Abdeckplatte 41 ist ebenfalls mit einer Durchgangsöffnung 41a versehen,
allerdings an einer Stelle, wo sie nicht mit den Durchgangsöffnungen 11a, 11b in
der Back-Elektrodenplatte fluchtet, und ein Schlitz 41ad ist
in der Oberfläche
der Abdeckplatte 41, die in innigem Kontakt mit der Back-Elektrodenplatte
steht, ausgebildet, um eine Verbindung zwischen der Durchgangsöffnung 41a in
der Abdeckplatte 41 und den Durchgangsöffnungen 11a, 11b in der
Back-Elektrodenplatte 11 herzustellen.
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Die
Tiefe des Schlitzes gemessen von der oben genannten Oberfläche der
Abdeckplatte, die Längsrichtung
des Schlitzes und die Querschnittsform des Schlitzes bei Blickrichtung
senkrecht zu seiner Länge
sind so bestimmt, dass die Verhinderung des Eindringens von Grobstaub
in ihrer Wirkung verstärkt
wird.
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Bei
einem Mikrofon, das unter Verwendung des wie oben beschrieben erhaltenen
verbesserten Kondensatorabschnitts 40 aufgebaut ist, ist
offensichtlich, dass die Länge
des Eindringweges des Grobstaubs von außen zum Elektret-Film auf eine Länge verlängert werden
kann, die gleich ist der Tiefe der Entlüftungsöffnungen in der Back-Elektrodenplatte
und der Abdeckplatte plus der Länge des
Verbindungsschlitzes. Dies zusammen mit der Wirkung der Unterdrückung des
Eindringens von Grobstaub durch den Schlitz selbst ermöglicht es,
die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass der Grobstaub, der eventuell
von außen
in die Kapsel gelangt, den Elektret-Film erreicht.
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Obwohl
in 1A beim verbesserten Kondensatorabschnitt 40 der
Schlitz in der Oberfläche der
Abdeckplatte ausgebildet ist, die in innigem Kontakt mit der Oberfläche der
Back-Elektrodenplatte steht, kann der Schlitz auch in der Oberfläche der Back-Elektrodenplatte
ausgebildet sein, die in innigem Kontakt mit der Oberfläche der
Abdeckplatte steht, um einen verbesserten Kondensatorabschnitt 40-1 bereitzustellen,
wie in 1B dargestellt ist, oder er
kann alternativ in beiden Oberflächen
der in innigem Kontakt stehenden beiden Platten gebildet sein, was
jedoch nicht dargestellt ist.
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Obwohl
der Elektret-Film in den obigen Beispielen als auf der Oberfläche der
Back-Elektrodenplatte auf der Seite der Membran ausgebildet beschrieben
worden ist, kann er auch auf der Oberfläche der Membran auf der Seite
der Back-Elektrodenplatte ausgebildet sein, wie in 1C dargestellt
ist. Auch in diesem Fall kann ein verbesserter Kondensatorabschnitt 40-2 erhalten
werden, bei dem der Schlitz in der Oberfläche der Abdeckplatte ausgebildet
ist, die mit der Oberfläche
der Back-Elektrodenplatte in innigem Kontakt steht. Wahlweise kann
ein verbesserter Kondensatorabschnitt 40-3 erhalten werden,
bei dem der Schlitz in der Oberfläche der Back-Elektrodenplatte
ausgebildet wird, die mit der Oberfläche der Abdeckplatte in innigem
Kontakt steht, wie in 1D dargestellt ist. Bei einer
weiteren Alternative kann der Schlitz in beiden Oberflächen, die
in innigem Kontakt miteinander stehen, ausgebildet sein, was aber
nicht dargestellt ist.
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Bei
einer weiteren alternativen Form kann ein verbesserter Kondensatorabschnitt 40-4 wie
in 1E dargestellt erhalten werden, bei dem die Abdeckplatte
an der Back-Elektrodenplatte mit einem dazwischen angeordneten ringscheibenartigen,
leitfähigen
(Metall) Abstandsstück 42 für die Back-Elektrodenplatte
befestigt und ein Spalt 42ad zwischen der Back-Elektrodenplatte
und der Abdeckplatte gebildet ist, der eine vorgegebene Spalttiefe
hat, die durch das Abstandsstück 42 für die Back-Elektrodenplatte
definiert ist, wobei der Schlitz als Verbindungsschlitz fungiert.
Obwohl der Elektret-Film als auf der Oberfläche der Back-Elektrodenplatte
an der Seite der Membran ausgebildet im Fall von 1E beschrieben
worden ist, kann ein verbesserter Kondensatorabschnitt 40-5 erhalten
werden, bei dem der Elektret-Film auf der Oberfläche der Membran an der Seite
der Back-Elektrodenplatte
ausgebildet ist, wie in 1F dargestellt.
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Es
ist wünschenswert,
dass das Abstandsstück 42 für die Back-Elektrodenplatte
eine leitfähige Scheibe
mit sehr kleiner Dicke ist, die gerade ausreicht, die oben genannte
Spalttiefe zu definieren. Alternativ kann das Abstandsstück für die Back-Elektrodenplatte
durch galvanische Metallbeschichtung oder jede andere geeignete
Beschichtungstechnik ausgebildet werden, wenn gewünscht ist,
die durch das Abstandsstück
definierte Spalttiefe sehr klein zu machen.
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Verschiedene
Ausführungsformen
dieser Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass gleiche
oder ähnliche
Teile- in den verschiedenen
Zeichnungen mit identischen Bezugszeichen oder Symbolen gekennzeichnet
sind und nicht wiederholt detailliert beschrieben werden.
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2 ist
eine Schnittansicht des Aufbaus einer ersten Ausführungsform,
bei der ein Kondensatormikrofon 1 des Front-Elektrettyps
durch die Verwendung eines verbesserten Kondensatorabschnitts 40 gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebaut ist, und 3 ist eine
Draufsicht von unten des Mikrofons 1 bei Blickrichtung
A in 2.
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Wie
aus 2 ersichtlich ist, enthält das Mikrofon 1 dieser
ersten Ausführungsform
eine Kapsel 10, eine Back-Elektrodenplatte 11,
einen FEP-Film 12, bei dem es sich um einen Elektret-Film
handelt, ein Abstandsstück 13,
eine Membran 14, einen Membranring 15, einen Sockel 16,
einen FET 17, einen Chip-Kondensator 18a, einen
Ausgangsanschluss 19a, eine GND-Verdrahtung 19b und
einen FEP-Film 20.
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Die
Kapsel 10 ist eine Struktur in Form eines zylindrischen
Bechers mit Bodenwandung aus Metall wie z. B. Aluminium. Wie in 2 dargestellt
hat die Bodenwandung (Verschlusswand), die als Frontplatte 10a der
zylindrischen becherartigen zylindrischen Struktur mit Bodenwandung
bezeichnet wird, die Form einer kreisförmigen Scheibe, in deren Mitte eine
Eingangsschallöffnung 10aa in
Form einer kreisförmigen
Durchgangsöffnung
vorgesehen ist. Es ist wünschenswert,
dass der Durchmesser der Eingangsschallöffnung 10aa vorzugsweise
in der Größenordnung
von ⌀ 0,4
mm bis ⌀ 0,8
mm liegt. In der inneren Oberfläche
der Frontplatte 10a ist ein Schlitz 10ad ausgebildet,
der die Form einer Nut oder eines kanalartigen Hohlraums hat, der
sich über
die Eingangsschallöffnung 10aa erstreckt
und diese schneidet. Der mittlere Abschnitt des Schlitzes 10ad steht
in direkter Verbindung mit einem Abschnitt der Mündung der Eingangsschallöffnung 10aa.
Obwohl der Schlitz 10ad eine dreieckige, quadratische,
vieleckige, kreisförmige,
elliptische oder eine beliebige andere Form bei Betrachtung des
Querschnitts im rechten Winkel zu seiner Länge haben kann, kann der Schlitz 10ad in
dem Fall, in dem er eine V-Form mit dreieckigem Querschnitt bei
Betrachtung senkrecht zu seiner Länge hat, als ein einen akustischen
Widerstand bildender Schlitz genutzt werden.
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4 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in 3, die den
Fall zeigt, in dem der Schlitz 10ad als ein einen akustischen
Widerstand bildender Schlitz ausgeführt ist.
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In
diesem Fall ist wie in 4 dargestellt in der inneren
Oberfläche
der Frontplatte 10a eine V-förmige
Nut oder ein Kanal ausgebildet, und der von dieser V-förmigen Nut
oder dem Kanal und der Back-Elektrodenplatte 11, die auf
der inneren Oberfläche
der Frontplatte 10a angeordnet ist, eingeschlossene Raum
(der im Querschnitt dreieckige Raum) dient als Schlitz 10ad.
In dem Fall, in dem dieser Schlitz 10ad als ein einen akustischen
Widerstand bildender Schlitz dient, ist es wünschenswert, dass die Tiefe
(oder der Schlitzspalt) des Schlitzes 10ad in der Größenordnung
von 5 μm
bis 50 μm
liegt. Wenn der Schlitz 10ad dagegen nicht als ein einen akustischen
Widerstand bildender Schlitz dient, ist eine Tiefe von 50 μm oder mehr
wünschenswert.
Ferner ist es beim Mikrofon 1 mit einem Durchmesser von
ca. ⌀ 6
mm wünschenswert,
dass die Längsabmessung
des Schlitzes 10ad in der Größenordnung von 2,7 mm bis 3,6
mm liegt, wobei sie jedoch durch keinen bestimmten Bereich eingeschränkt ist,
vorausgesetzt, der Schlitz ist lang genug, um die Eingangsschallöffnung 10aa mit
den Entlüftungsöffnungen 11a, 11b,
die später
beschrieben werden, zu verbinden, und es ist wünschenswert, dass die kleinere Abmessung
(die als Breite bezeichnet werden kann) des Schlitzes eine Abmessung
hat, die dem Durchmesser der Entlüftungsöffnungen entspricht, mit denen
der Schlitz verbunden ist, und beispielsweise im Bereich von 0,4
mm bis 0,8 mm liegen kann.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist die Frontplatte 10a der Kapsel 10 so ausgeführt, dass
sie als Abdeckplatte fungiert, die in innigem Kontakt auf der äußeren Oberfläche der
Back-Elektrodenplatte 11 des Kondensatorabschnitts 40 befestigt
ist, der gemäß der vorliegenden
Erfindung verbessert ist.
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Bei
flüchtiger
Betrachtung kann vorschnell geschlossen werden, dass diese Konstruktion
nichts Anderes ist als eine 'doppelte
Abdeckung' der Frontplatte 101a,
die im Stand der Technik beim Kondensatormikrofon des Front-Elektrettyps
gemäß 8 als
Back-Elektrodenplatte dient, oder nichts Anderes als die Anordnung
einer Hilfsschicht eines elektrischen Leiters zwischen der Frontplatte 10a und
dem FEP-Elektretfilm 102 bei dem in 8 dargestellten Beispiel
gemäß dem Stand
der Technik. Es sollte jedoch beachtet werden, dass diese 'Doppelwand'-Struktur beachtliches
erfinderisches Können bedingt, über das
selbst der Fachmann nicht ohne weiteres verfügt, wie hierin oben in Zusammenhang mit
dem Prinzip der vorliegenden Erfindung erläutert worden ist.
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Im
Einzelnen ist wie in 2 gezeigt die Back-Elektrodenplatte 11 auf
der inneren Oberfläche der
Frontplatte 10a angeordnet, so dass sie im Zustand des
innigen Kontakts mit der Frontplatte 10a elektrisch und
mechanisch verbunden ist. Die Back-Elektrodenplatte 11 ist
eine leitfähige
plattenartige Struktur (wie eine kreisförmige Scheibe) aus Messing,
Edelstahl oder dgl., und der FEP-Film 12 ist auf der Oberfläche der
Back-Elektrodenplatte 11 auf der Seite gegenüber der
Frontplatte 10a angeordnet. Der FEP-Film 12 sollte
einer Polarisierungsbehandlung unterzogen werden, um nach dem Aufbringen des
Films ein Elektret-Film zu werden, und hat eine Dicke, die vorzugsweise
in der Größenordnung
von 5 μm
bis 30 μm
liegt, und mehr bevorzugt ca. 25 μm
beträgt.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Elektret-Film hier als ein FEP
beschrieben wird, dass aber jedes andere Polymermaterial als Elektret-Film
verwendet werden kann, vorausgesetzt, es besitzt die Elektret-Eigenschaft.
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Außerdem ist
die Back-Elektrodenplatte 11 mit zwei Entlüftungsöffnungen
(Durchgangsöffnungen) 11a, 11b in
bestimmten Abständen
von der Mitte aus radial nach außen und an solchen Positionen versehen,
wo sie nicht mit der Eingangsschallöffnung 10aa fluchten.
Wie die 3 und 4 zeigen,
sind die Entlüftungsöffnungen 11a, 11b so
konfiguriert und angeordnet, dass ein Ende der Entlüftungsöffnungen 11a, 11b mit
den gegenüberliegenden
Enden des in der Frontplatte 10a ausgebildeten Schlitzes 10ad zusammenfällt. Bei
dieser Anordnung ist die Mündung der
Eingangsschallöffnung 10aa der
Frontplatte 10a an der Seite der Back-Elektrodenplatte 11 durch
einen Abdeckabschnitt 11ab der Entlüftungsöffnung der Back-Elektrodenplatte
abgedeckt, während
die Mündungen
der Entlüftungsöffnungen 11a, 11b der Back-Elektrodenplatte
an der Seite der Frontplatte 10a jeweils durch die Abdeckabschnitte 10ab, 10ac der
Frontplatte 10a abgedeckt sind, so dass zumindest Abschnitte
der Mündungen
der Entlüftungsöffnungen 11a, 11b an
der Seite der Front- platte 10a und zumindest ein Abschnitt
der Mündung
der Eingangsschallöffnung 10aa an
der Seite der Back-Elektrodenplatte 11 miteinander durch
den Schlitz 10ad verbunden sind, der einen Hohlraum in
senkrechter Richtung zu den Achsen dieser Öffnungen aufweist, wobei diese
Richtung die Längsrichtung
des Schlitzes ist und parallel zu den in innigem Kontakt stehenden
Oberflächen
der beiden Platte verläuft.
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Es
ist wünschenswert,
dass der Durchmesser der Entlüftungsöffnungen 11a, 11b vorzugsweise in
der Größenordnung
von ⌀ 0,4
mm bis ⌀ 0,8
mm liegt, und dass der Abstand von der Mitte der Back-Elektrodenplatte 11 zu
den Entlüftungsöffnungen 11a, 11b vorzugsweise
in der Größenordnung von
0,3 mm bis 0,8 mm liegt, wenn der Durchmesser des gesamten Mikrofons 1 ⌀ 4 mm
bis ⌀ 10
mm beträgt.
Außerdem
ist es wünschenswert,
dass die Dicke der Back-Elektrodenplatte 11 vorzugsweise
in der Größenordnung
von 0,2 mm bis 0,8 mm beträgt. Der
Abstand r von den gegenüberliegenden
Enden des Schlitzes 10ad bis zum Außenumfangsrand der Eingangsschallöffnung 10aa ist
vorzugsweise gleich groß wie
oder größer als
der Durchmesser der Entlüftungsöffnungen 11a, 11b und
liegt mehr bevorzugt in der Größenordnung
von 0,9 mm bis 1,3 mm. Die Anzahl der Entlüftungsöffnungen 11a, 11b ist
nicht auf zwei beschränkt,
sondern kann größer oder
kleiner zwei sein. Ferner ist ihre Form nicht auf eine Kreisform
beschränkt,
aber es ist wünschenswert,
dass die Entlüftungsöffnungen 11a und 11b wegen
des Frequenzgangs an Positionen ausgebildet sind, die symmetrisch
um den Mittelpunkt der Eingangsschallöffnung 10aa liegen.
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Das
Abstandsstück 13 ist
auf der Oberfläche des
FEP-Films 12 auf der Seite gegenüber der Back-Elektrodenplatte 11 angeordnet.
Das Abstandsstück 13 ist
ein plattenartiger Isolator aus Polymermaterial wie PET und ist
in der Praxis vorzugsweise eine kreisförmige Ringscheibe (allgemein krapfenförmig) mit
einer Öffnung
in der Mitte. Wie in 2 dargestellt ist, ist das Abstandsstück 13 so
angeordnet, dass sein Außenumfangsrand
mit den Außenumfangsrändern der
Back-Elektrodenplatte 11 und des FEP-Films 12 zusammenfällt, wobei
die Außenumfangsränder der
Back-Elektrodenplatte 11 und des FEP-Films 12 mit
der ebenen Oberfläche
des Abstandsstücks
in Kontakt mit dem FEP-Film 12 stehen. Außerdem ist
das Abstandsstück 13 so
konfiguriert und angeordnet, dass die Entlüftungsöffnungen 11a, 11b der
Back-Elektrodenplatte innerhalb der mittleren Öffnung des Abstandsstücks liegen,
so dass die Entlüftungsöffnungen 11a, 11b nicht
vom Abstandsstück 13 verschlossen
werden. Es ist wünschenswert,
dass die Dicke des Abstandsstücks 13 in
der Größenordnung
von 16 μm
bis 50 μm
liegt und dass die Breite (Differenz zwischen den Radien des Außenund Innenumfangs)
des ringförmigen
Abschnitts des Abstandsstücks 13 in
der Größenordnung
von 0,4 mm bis 0,8 mm liegt.
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Die
Membran 14 ist auf der Oberfläche des Abstandsstücks 13 auf
der Seite gegenüber
der Back-Elektrodenplatte 11 angeordnet.
Die Membran 14 ist eine elektrisch leitfähige Membran,
die einen molekularen Polymerfilm 14a wie PET und einen
metallischen Film wie Nickel (Ni), Aluminium (Al), Titan (Ti) oder
dgl. aufweist, der auf der Seite einer Oberfläche des molekularen Polymerfilms
aus der Dampfphase abgeschieden wird, um eine leitfähige Schicht 14b zu
bilden. Es ist wünschenswert,
dass die Dicke des molekularen Polymerfilms in der Größenordnung von
2 μm bis
4 μm und
die Dicke des metallischen Films in der Größenordnung von 200 Å bis 300 Å liegt.
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Die
Membran 14 ist so konfiguriert und angeordnet, dass ihr
Außenumfangsrand
mit dem Außenumfangsrand
der Abstandsstücks 13 zusammenfällt und
auf dem Abstandsstück 13 so
angeordnet, dass die Seite mit der leitfähigen Schicht (Metallfilm 14b) zum
Membranring 15 weist. Die Membran 14 ist also zwischen
dem Membranring 15 und dem Abstandsstück 13 angeordnet und
fest gesichert und hat zum FEP-Film 12 einen vorgegebenen
Spalt, der durch die Dicke des Abstandsstücks 13 bestimmt wird.
Dieser Spalt liegt wünschenswerterweise
in der Größenordnung
von 16 μm
bis 50 μm.
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Der
Membranring 15 ist ein zylindrisches Element, dass aus
Messing, Edelstahl oder dgl. bestehen kann. Der Membranring 15 ist
so konfiguriert und angeordnet, dass sein Außenumfangsrand mit dem Außenumfangsrand
des Abstandsstücks 13 zusammenfällt, um
dadurch die Membran 14 wie oben erwähnt zu sichern und den Ring 15 mit
der leitfähigen
Schicht 14b der Membran 14 elektrisch zu verbinden.
Es ist wünschenswert,
dass die leitfähige Schicht 14b der
Membran auf dem Membranring 15 z. B. durch einen leitfähigen Kleber
bondiert ist.
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Obwohl
die Höhe
des Membranrings 15 von der Höhe des gesamten Mikrofons 1 abhängt, ist
es wünschenswert,
dass die Höhe
des Membranrings 15 beim Mikrofon 1 mit einer
Höhe von
ca. 1 bis 3 mm in der Größenordnung
von 0,6 mm bis 2,0 mm liegt. Es ist zu beachten, dass der Membranring 15 aus zwei
trennbaren Ringen bestehen kann, die an der Seite der Membran 14 bzw.
an der Seite des Sockels 16 angeordnet sind. In diesem
Fall liegt die Höhe
des Rings auf der Seite der Membran 14 wünschenswerterweise
in der Größenordnung
von 0,3 mm bis 0,5 mm, während
die Höhe
des Rings auf der Seite des Sockels 16 wünschenswerterweise
in der Größenordnung
von 0,3 mm bis 1,5 mm liegt (wobei angenommen wird, dass die Höhe des gesamten
Mikrofons 1 in der Größenordnung
von 1 bis 3 mm liegt). Ferner ist es wünschenswert, dass die seitliche
Dicke (Differenz zwischen den Radien des Außen- und Innenumfangs) des
Membranrings 15 in der Größenordnung von 0,4 mm bis 0,8
mm liegt.
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Der
Sockel 16 ist am Ende des Membranrings 15 gegenüber der
Membran 14 angeordnet. Der Sockel 16 ist eine
scheibenartige Platte aus einem Isolator wie Epoxidglas (z. B. FR-4)
oder dgl. und ist an seiner inneren Oberfläche mit einer elektrischen Verdrahtung
(nicht dargestellt) versehen, die elektrisch mit dem Membranring 15 verbunden
ist. Außerdem
sind auf der inneren Oberfläche
des Sockels 16 der impedanzwandelnde FET 17 und
der Chip-Kondensator 18 installiert, die untereinander
durch eine elektrische Verdrahtung (nicht dargestellt) elektrisch verbunden
sind, um einen elektrischen Kreis zu bilden. Der Sockel 16 ist
ferner mit Durchgangsöffnungen 16b, 16c ausgeführt, auf
deren inneren Oberflächen
ein metallischer Film ausgebildet ist. Der Ausgang des in der inneren
Oberfläche
des Sockels 16 gebildeten elektrischen Kreises ist über die
Durchgangsöffnung 16b mit
dem Ausgangsanschluss 19a, der auf der äußeren Oberfläche des
Sockels 16 ausgebildet ist, elektrisch verbunden, während GND (Masse)
des in der inneren Oberfläche
des Sockels 16 ausgebildeten elektrischen Kreises über die Durchgangsöffnung 16c mit
der GND-Verdrahtung 19b auf der äußeren Oberfläche des
Sockels 16 elektrisch verbunden ist. Die GND-Verdrahtung 19b ist wiederum
z. B. mit einem Ende 10c der Kapsel 10 elektrisch
verbunden. Es ist wünschenswert,
dass die Dicke des Sockels 16 in der Größenordnung von 0,2 mm bis 0,8
mm liegt.
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Außerdem hat
der Sockel 16 eine die Richtcharakteristik modulierende
Schallöffnung 16a, die
als Durchgangsöffnung
ausgeführt
ist. Es ist wünschenswert,
dass die die Richtcharakteristik modulie rende Schallöffnung 16a einen
Durchmesser von ⌀ 0,3
mm bis ⌀ 1
mm hat und dass sie in einem Abstand von ca. 1 mm bis 2 mm von der
Mitte des Sockels 16 angeordnet ist (wenn das gesamte Mikrofon 1 einen Durchmesser
von ca. ⌀ 4
mm bis ⌀ 10
mm hat). Die Anzahl der die Richtcharakteristik modulierenden Schallöffnungen 16a ist
nicht auf eine beschränkt, sondern
es können
mehr als eine Öffnung
vorgesehen werden. Ferner ist auch ihre Form nicht auf eine Kreisform
beschränkt.
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Wie
in 2 dargestellt ist, ist die innere Oberfläche der
zylindrischen Seitenwand 10b der Kapsel 10 mit
einem Isolatorfilm wie einem FEP-Film 20 versehen. Der
FEP-Film 20 hat die Aufgabe zu verhindern, dass sich der
Membranring 15 und die Kapsel 10 berühren und
einen elektrischen Kurzschluss des Membranrings 15 mit
der Kapsel 10 bewirken. Es ist wünschenswert, dass die Dicke
des FEP-Films 20 in der Größenordnung von 5 μm bis 20 μm liegt.
Anstelle des FEP-Films 20 kann jedes andere geeignete Isoliermaterial
wie PET verwendet werden.
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Wie
ferner aus 2 ersichtlich ist, ist das offene
hintere Ende (das Ende gegenüber
der Frontplatte 10a) der Kapsel 10 als gebogener
Endabschnitt 10c nach innen gebogen, um einen Abschnitt
des Sockels 16 fest zu halten, wodurch die Back-Elektrodenplatte 11,
der FEP-Film 12, das Abstandsstück 13, die Membran 14,
der Membranring 15 und der Sockel 16 in ihrer
Gesamtheit zwischen dem gebogenen Endabschnitt 10c und
der inneren Oberfläche
der Frontplatte 10 angeordnet und in ihrer Lage gehalten
werden.
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Als
Nächstes
wird ein Verfahren zur Herstellung des Mikrofons 1 von 2 an
Hand eines Beispiels beschrieben.
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Kapsel 10:
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Es
wird z. B. eine ebene Platte aus Aluminium oder dgl. mit einem Schlitz 10ad und
einer Eingangsschallöffnung 10aa etwa
durch einen Pressprozess gebildet. Dann wird der Isolator-FEP-Film 20 in
Form eines Streifens auf der so gepressten ebenen Aluminiumplatte
heißverschweißt, gefolgt
von Ziehen der resultierenden ebenen Aluminiumplatte zur Bildung
einer Kapsel 10 in Form eines zylindrischen Bechers mit
Bodenwandung, der eine Frontplatte 10a hat, die eine Verschlusswand
ist.
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Back-Elektrodenplatte 11:
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Der
FEP-Film 12 wird z. B. auf einer ebenen Platte aus Messing
oder dgl. heißverschweißt. Nach Ausführung der
Polarisierungsbehandlung werden Entlüftungsöffnungen 11a, 11b z.
B. durch einen Pressprozess und/oder einen Prozess der spanenden
Bearbeitung in der resultierenden ebenen Platte ausgebildet, um
eine Back-Elektrodenplatte zu bilden.
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Membran 14:
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Eine
Membran 14 wird z. B. gebildet, indem Metall wie Ti oder
dgl. vollständig
auf einer Seite der Oberfläche
eines molekularen Polymerfilms 14a wie PET oder dgl. etwa
durch eine Sputter-Prozess abgeschieden wird.
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Zusammenbau:
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Die
Back-Elektrodenplatte 11, das Abstandsstück 13,
die Membran 14, der Membranring 15 und der Sockel 16 werden
z. B. in der angegebenen Reihenfolge nacheinander auf der inneren
Oberfläche der
Frontplatte 10a gestapelt und in der Kapsel 10 sicher
in ihrer Lage gehalten, indem das hintere Ende der Kapsel 10 wie
oben beschrieben gebogen wird.
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Wie
oben erläutert
wird bei dieser ersten Ausführungsform
die mit den Entlüftungsöffnungen 11a, 11b versehene
Back-Elektrodenplatte 11 auf der inneren Oberfläche der
Frontplatte 10a platziert, während der polarisierte FEP-Elektret-Film 12 auf der
Oberfläche
der Back-Elektrodenplatte 11 gegenüber der Frontplatte 10a angeordnet
wird, und die Membran 14 wird gegenüber der Back-Elektrodenplatte 11 auf
der Oberfläche
des FEP-Elektret-Films 12 gegenüber der Back-Elektrodenplatte 11 angeordnet,
wobei das Abstandsstück 13,
das sich um den Außenumfang
der gegenüberliegenden
Oberfläche des
FEP-Elektret-Films 12 erstreckt, dazwischen angeordnet
wird, um so einen Kondensatorabschnitt zu bilden.
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Wie
zuvor beschrieben worden ist, kann der Schlitz in einer der in innigem
Kontakt miteinander stehenden Oberflächen der Frontplatte 10a und
der Back-Elektrodenplatte 11 ausgebildet sein, der Schlitz 10ad ist
bei dieser Ausführungsform
in der Oberfläche
der Frontplatte 10a an der Seite der Back-Elektrodenplatte 11 ausgebildet,
und die Mündungen
der Entlüftungsöffnungen 11a, 11b an
der Seite der Frontplatte 10a sind durch die Abdeckabschnitte 10ab bzw. 10ac der
Entlüftungsöffnungen der
Frontplatte 10a abgedeckt, während die Mündung der Eingangsschallöffnung 10aa an
der Seite der Back-Elektrodenplatte 11 von der Seite der Back-Elektrodenplatte 11 abgedeckt
sind, so dass zumindest Abschnitte der Mündungen der Entlüftungsöffnungen 11a, 11b an
der Seite der Frontplatte 10a und zumindest ein Abschnitt
der Mündung
der Eingangsschallöffnung 10aa an
der Seite der Back-Elektrodenplatte 11 miteinander über den Schlitz 10ad in
Verbindung stehen.
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Bei
dieser Anordnung kann die Länge
des Eindringweges des Grobstaubs von außen zum FEP-Elektret-Film 12 auf eine Länge verlängert werden,
die gleich ist der Tiefe der Eingangsschallöffnung 10aa durch
die Frontplatte 10a plus der Tiefe der Entlüftungsöffnungen
der Back-Elektrodenplatte 11 sowie plus der Länge des
Schlitzes 10ad. Insbesondere das Hinzufügen des Schlitzes 10ad sorgt dafür, dass
der Eindringweg von Grobstaub von der Eingangsschallöffnung 10aa zum
FEP 12 relativ dünn
wird im Vergleich zum Innendurchmesser der Öffnung, so dass die Wirkung
verstärkt
wird, mit der das Eindringen von Grobstaub verhindert wird. Als Ergebnis
ist es möglich,
die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass der Grobstaub, der evtl.
von außen in
die Kapsel gelangt, den Elektret-Film erreicht, wodurch die Verschlechterung
der Empfindlichkeit des Mikrofons 1 aufgrund des Eindringens
von Grobstaub unterdrückt
werden kann.
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Außerdem wird
verhindert, dass Grobstaub, der eventuell über die die Richtcharakteristik
modulierende Schallöffnung 16a in
die Kapsel gelangt ist, den FEP-Elektret-Film 12 über die
Membran 14 erreicht, so dass eine Verschlechterung der
Empfindlichkeit des Mikrofons 1 aufgrund des Eindringens von
Grobstaub auf diesem Weg ebenfalls verhindert werden kann.
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Ferner
ist zu berücksichtigen,
dass dann, wenn der Schlitz 10ad als V-förmige Nut
oder als V-förmiger Kanal
ausgebildet ist, so dass er einen dreieckigem Querschnitt senkrecht
zu seiner Länge hat,
als ein einen akustischen Widerstand bildender Schlitz fungieren
kann.
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Außerdem kann
die Charakteristik des Mikrofons 1 einseitig gerichtet
gemacht werden, wenn der Aufbau so ist, dass die die Richtcharakteristik modulierende
Schallöffnung 16a entfällt.
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Alternativ
kann die Charakteristik des Mikrofons 1 ungerichtet sein,
indem der Schlitz 10ad so ausgebildet wird, dass er nicht
als ein einen akustischen Widerstand bildender Schlitz fungiert,
und indem die die Richtcharakteristik modulierende Schallöffnung 16a entfällt.
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Bei
einer weiteren Form kann die Charakteristik des Mikrofons 1 bidirektional
sein, indem der Schlitz 10ad so ausgebildet wird, dass
er nicht als ein einen akustischen Widerstand bildender Schlitz
fungiert, und indem die die Richtcharakteristik modulierende Schallöffnung 16a vorgesehen
wird.
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Da
ferner bei dieser Ausführungsform
der FEP-Elektret-Film 12 auf der Back-Elektrodenplatte 11 aufgebracht
ist, die auf der inneren Oberfläche
der Frontplatte 10a platziert ist, kann das resultierende Mikrofon
eine hohe akustische Leistung haben, die mit der des Mikrofons des
herkömmlichen
Back-Elektrettyps vergleichbar ist.
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Schließlich ist
bei der vorliegenden Erfindung der Ring 202 nicht erforderlich,
der beim herkömmlichen
Mikrofon 200 des Back-Elektrettyps gemäß 8 erforderlich
ist, so dass das Mikrofon um die Dicke des Rings 202 schlanker
(flacheres Profil des Mikrofons) ausgeführt werden kann. Somit ist festzustellen,
dass die vorliegende Erfindung eine Verkleinerung und Verschlankung
bereitstellt, während
die Leistung des Mikrofons des herkömmlichen Back-Elektrettyps
beibehalten wird.
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Für den bisherigen
Ring 202 war eine Dicke von mindestens 0,2 mm und darüber erforderlich.
Der Grund hierfür
ist, dass dann, wenn der Ring 202 dünner wäre, er unter der Belastung
von der Seite des Sockels 209 während des Quetschens des Mikrofons 200 (Biegen
des offenen Endes der Kapsel nach innen und unten) deformiert werden
würde,
und somit würde
auch die auf dem Ring 202 bondierte Membran 204 verformt
werden, was zu einer nachteiligen Beeinflussung der akustischen
Leistung führt.
Deshalb ermöglicht
diese Ausführungsform,
bei der die Notwendigkeit der Bereitstellung des Rings 202 entfällt, ein
um mehr als 0,2 mm flacheres Profil als im Stand der Technik.
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Wenn
alternativ das Innenvolumen des Mikrofons 1 um ein Volumen
vergrößert wird,
das gleich ist dem des Rings 202, ohne dass das Profil
des Mikrofons flacher ist, kann die ungerichtete Eigenschaft des
Mikrofons 1 entsprechend verstärkt werden. Als Ergebnis ermöglicht es
die vorliegende Erfindung, die Leistung des Mikrofons zu verbessern,
während die
Größe des herkömmlichen
Mikrofons des Back-Elektrettyps beibehalten wird.
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Außerdem kann
die Anzahl der erforderlichen Einzelteile durch Wegfall des Rings 202 verringert werden,
und somit können
auch die Herstellungskosten sowie die Kosten für die Teile gesenkt werden.
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Da
ferner bei dieser Ausführungsform
die Membran 14 klebend auf dem Membranring 15 mit hinreichender
Dicke bondiert ist, kann die Verformung, die die Membran 14 während des
Quetschschrittes möglicherweise
erfährt,
im Vergleich zum Stand der Technik deutlich gemindert werden, wo
die Membran 204 mit dem dünnen Ring 202 bondiert
ist.
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Für den Fachmann
versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben
beschriebene Ausführungsform
beschränkt
ist.
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Während z.
B. bei dieser ersten Ausführungsform
der Schlitz 10ad in der inneren Oberfläche der Frontplatte 10a ausgebildet
ist, wie in 2 dargestellt ist, kann ein
Schlitz 11ad in der Oberfläche der Back-Elektrodenplatte 11 an
der Seite der Frontplatte 10a anstelle in der Frontplatte 10a ausgebildet sein,
wie bei dem in 5 dargestellten Mikrofon 50 einer
zweiten Ausführungsform.
Bei dieser Anordnung ist die Mündung
der Eingangsschallöffnung 10aa an
der Seite der Back-Elektrodenplatte durch den Abdeckabschnitt 11 ab
für die
Entlüftungsöffnung der
Back-Elektrodenplatte 11 abgedeckt, während die Entlüftungsöffnungen 11a und 11b an
der Seite der Frontplatte durch die Abdeckabschnitte 10ab und 10ac für die Entlüftungsöffnungen
der Frontplatte 10a abgedeckt sind.
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Der
Schlitz 11ad kann eine Nut oder ein Kanal sein, die bzw.
der in der Oberfläche
der Back-Elektrodenplatte 11 an
der Seite der Frontplatte 10a so gebildet wird, dass die
Mündungen
der beiden Entlüftungsöffnungen 11a und 11b über die
Eingangsschallöffnung 10aa so
verbunden werden, dass der mittlere Abschnitt des Schlitzes 11ad direkt mit
einem Abschnitt der Eingangsschallöffnung 10aa in Verbindung
steht. Obwohl der Schlitz 11ad eine dreieckige, quadratische,
vieleckige, kreisförmige,
elliptische oder eine beliebige andere Form bei Betrachtung des
Querschnitts im rechten Winkel zu seiner Länge haben kann, kann der Schlitz 11ad in
dem Fall, in dem er eine V-Form mit dreieckigem Querschnitt bei
Betrachtung senkrecht zu seiner Länge hat, als ein einen akustischen
Widerstand bildender Schlitz genutzt werden.
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6 veranschaulicht
ein Mikrofon 60 gemäß einer
dritten Ausführungsform,
bei dem eine Entlüftungsöffnung 11c durch
die Back-Elektrodenplatte 11 ausgebildet ist, während zwei
Eingangsschallöffnungen 10ba, 10bb durch
die Frontplatte 10a in vorgegebenen Abständen radial
vom Mittelpunkt derselben nach außen ausgebildet sind (an Positionen,
wo die Durchgangsöffnungen
der beiden Platten nicht fluchten). Bei dieser Anordnung ist die Mündung der
Entlüftungsöffnung 11c an
der Seite der Frontplatte 10a durch einen Abdeckabschnitt 10bc für die Entlüftungsöffnung abgedeckt,
während die
Mündungen
der beiden Eingangsschallöffnungen 10ba, 10bb an
der Seite der Back-Elektrodenplatte durch
Abdeckabschnitte für
die Entlüftungsöffnung der
Back-Elektrodenplatte 11 abgedeckt sind.
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In
diesem Fall ist ein Schlitz 10ad in der inneren Oberfläche der
Frontplatte 10a ausgebildet, um die Mündungen der beiden Eingangsschallöffnungen 10ba, 10bb an
der Seite der Back-Elektrodenplatte zu verbinden, und so dass der
mittlere Abschnitt des Schlitzes 10ad mit der Mündung der
Entlüf tungsöffnung 11c an
der Seite der Frontplatte 10a direkt in Verbindung steht.
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Demzufolge
stehen die Entlüftungsöffnung 11c und
die Eingangsschallöffnungen 10ba, 10bb miteinander über den
Schlitz 10ad in Verbindung. Es ist wünschenswert, dass die Eingangsschallöffnungen 10ba und 10bb symmetrisch
um den Mittelpunkt in Längsrichtung
der Frontplatte 10a positioniert sind. Bei diesem Mikrofon 60 ist
zu beachten, dass der Schlitz 10ad auf die gleiche Weise
in der Back-Elektrodenplatte 11 wie bei der in 5 dargestellten Ausführungsform
ausgebildet sein kann, und nicht in der Frontplatte 10a (nicht
dargestellt).
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7 zeigt
ein Mikrofon 70 gemäß einer vierten
Ausführungsform,
bei dem weder in der inneren Oberfläche der Frontplatte 10a noch
in der Oberfläche
der Back-Elektrodenplatte 11 an der Seite der Frontplatte 10a ein
Schlitz ausgebildet ist; statt dessen ist die Back-Elektrodenplatte über der
inneren Oberfläche
der Frontplatte 10a platziert und an dieser mit einem ringscheibenartigen,
elektrisch leitfähigen dazwischen
angeordneten Abstandsstück 42 für die Back-Elektrodenplatte
gesichert, so dass ein Spalt 42ad mit einer Spalttiefe,
die vom Abstandsstück 42 für die Back-Elektrodenplatte
bestimmt wird, zwischen der Back-Elektrodenplatte und der Frontplatte 10a definiert
wird. Die Frontplatte 10a hat im Wesentlichen in ihrer
Mitte eine Durchgangsöffnung,
die eine Eingangsschallöffnung 10aa aufweist,
während
die Back-Elektrodenplatte 11 mit zwei Entlüftungsöffnungen 11a, 11b in
vorgegebenen Abständen
von der Mitte aus radial nach außen versehen ist (d. h. an
Positionen, wo die Öffnungen 11a, 11b nicht
axial mit der Eingangsschallöffnung 10aa fluchten).
Bei dieser Anordnung sind die Mündungen
der Entlüftungsöffnungen 11a, 11b der
Back-Elektrodenplatte 11 an
der Seite der Frontplatte 10a durch die Abdeckabschnitte 10ab, 10ac für die Entlüftungsöffnungen
der Frontplatte 10a abgedeckt, während die Mündung der Eingangsschallöffnung 10aa der
Frontplatte 10a an der Seite der Back-Elektrodenplatte 11 von
einem Abdeckabschnitt 11ab für die Eingangsschallöffnung der
Back-Elektrodenplatte 11 abgedeckt ist, und der zwischen
der Back-Elektrodenplatte und der Frontplatte (der Abdeckplatte)
definierte Spalt 42ad mit einer vom Abstandsstück 42 für die Back-Elektrodenplatte
bestimmten Spalttiefe ist so ausgeführt, dass er als der oben genannte
Verbindungsschlitz fungiert, so dass die Eingangsschallöffnung 10aa der
Frontplatte 10a und die beiden Entlüftungsöffnungen 11a, 11b der
Back-Elektrodenplatte 11 miteinander durch diesen Verbindungsschlitz 42ad verbunden
sind.
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Wie
die anderen Ausführungsformen
kann auch diese Ausführungsform
dahingehend modifiziert werden, dass die Back-Elektrodenplatte mit
einer einzigen Entlüftungsöffnung anstelle
der zwei Entlüftungsöffnungen 11a, 11b versehen
ist, während
die Frontplatte 10a mit zwei Eingangsschallöffnungen
anstelle der einzigen Eingangsschallöffnung 10aa versehen
ist, und ferner so modifiziert werden, dass der Elektret-Film auf
der Oberfläche
der Membran 14 an der Seite der Back-Elektrodenplatte 11 statt auf
der Oberfläche
der Back-Elektrodenplatte 11 an der Seite der Membran 14 aufgebracht
ist (nicht dargestellt).
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Damit
wird die Rolle des Verbindungsschlitzes bei dieser Ausführungsform
vom Spalt zwischen der Back-Elektrodenplatte und der Frontplatte übernommen.
Es liegt auf der Hand, dass diese Ausführungsform in dem Fall sehr
nützlich
ist, in dem die beiden Platten extrem dünn sind, so dass dann, wenn ein
Schlitz in der Oberfläche
einer der beiden Platte ausgebildet wird, die Festigkeit der Platte sehr
stark geschwächt
wird.
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Dieser
Verbindungsschlitz oder Spalt wie in 7 dargestellt
ist außerdem
so definiert, dass er sich senkrecht zu den Achsen der Durchgangsöffnungen
erstreckt, die sowohl in der Abdeckplatte als auch in der Back-Elektrodenplatte
ausgebildet sind, und deshalb offensichtlich gleichwertig ist dem
Verbindungsschlitz bei den anderen Ausführungsformen, der in einer
oder beiden Oberflächen
der Back-Elektrodenplatte und der Abdeckplatte ausgebildet sind,
die in innigem Kontakt aneinander befestigt sind.
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Wie
hierin erläutert
ist eine Frontplatte (Abdeckplatte) mit einer durch sie ausgebildeten
Eingangsschallöffnung über einer
Back-Elektrodenplatte platziert und an dieser befestigt, die durch
sie ausgebildete Entlüftungsöffnungen
an Positionen hat, wo sie nicht mit der Eingangsschallöffnung der
Frontplatte fluchten, und die Eingangsschallöffnung sowie die Entlüftungsöffnungen
stehen miteinander senkrecht zu den Achsen der Öffnungen über den zwischen der Frontplatte
und der Back-Elektrodenplatte definierten Schlitz in Verbindung.
Mit dieser Konstruktion wird die Länge des Eindringweges des Grobstaubs
von außen
auf eine Länge
verlängert,
die größer ist
als die kombinierte Dicke der beiden Platten, wodurch der Grobstaub,
der von außen
in das Mikrofon gelangen könnte,
daran gehindert wird, den Elektret-Film zu erreichen. Folglich kann
die Verschlechterung der Empfindlichkeit des Mikrofons aufgrund
des auf dem Elektret-Film anhaftenden Grobstaubs vermindert werden.