DE611249C - Mit sehr kleinem Abstand (unter 50 u) zwischen Membran und Gegenelektrode arbeitendes elektrostatisches Mikrophon - Google Patents

Description

Bei bestimmter elektrischer Vorspannung eines Kondensatormikrophons, dessen Eigenschwingung im wesentlichen durch die Rückstellkraft eines Luftpolsters bestimmt ist, kann bekanntlich der elektromechanische Wirkungsgrad durch weitgehende Verringerung des Abstandes zwischen beweglicher Membran und fester Elektrode erhöht werden. Gleichzeitig wird hierbei die wirksame Kapazität vergrößert, was die Anpassung erleichtert, und der Einfluß elektrischer Störfelder auf die Leitungen des Mikrophons prozentual herabgesetzt. Nun setzt sich der elektroakustische Wirkungskreis eines Mikrophons aus zwei Komponenten — dem elektromechanischen und dem mechanischakustischen Anteil — zusammen. Der elektromechanische Anteil nimmt bei Verringerung des Abstandes zu, der mechanischakustische Anteil am ao Gesamtwirkungsgrad hingegen wird bei Verringerung des die Rückstellkraft liefernden wirksamen Luftpolsters sehr viel kleiner, da das Luftpolster härter wird, und zwar wird er insbesondere bei geringen Membranes abständen stärker kleiner, als der elektromechanische Anteil des Gesamtwirkungsgrades zunimmt. Ein weiterer Nächteil eines sehr kleinen Luftpolsters zwischen der Membran und der Gegenelektrode ist darin zu erblicken, daß in dieser Luftschicht auftretende Reibungsvorgänge häufig eine stark fallende Frequenzabhängigkeit des Mikrophons mit sich hingen, so daß die Übertragung, insbesondere die der höheren Frequenzen, stark beeinträchtigt ist.

Es ist nun bekannt, in die Gegenelektrode eine größere Zahl von Löchern zu bohren und an dieseLöcher einen zweiten abgeschlossenen Luftraum anzuschließen. Dadurch kann die Härte des Luftpolsters etwas herabgesetzt werden. Bei den bekannten Einrichtungen waren jedoch die Abstände der einzelnen= Löcher so groß, daß das zwischen Elektrode und Membran befindliche Luftpolster nur zu einem geringen Teil nachgeben bzw. durch die Löcher ab- und zufließen konnte, so daß der Wirkungsgrad wenig verbessert wurde. Dämpfung und Elastizität des Luftpolsters waren somit von dem Abstand der Membran und der Gegenelektrode zwangsläufig abhängig.

Ferner ist vorgeschlagen worden, bei elektrostatischen Schallwiedergabe- und Aufnahmegeräten die Gegenelektrode aus spiralig aufgewickelten Streifen herzustellen, wobei die einzelnen Streifen gegeneinander durch besondere Stege abgestützt oder einer der beiden Streifen schlangenlinienartig gekrümmt sein sollte. Die so geschaffenen Flächen sollten indessen eine große Schalldurch-

lässigkeit, also große öffnungen, besitzen. Dies bedingt eine starke Ungleichmäßigkeit des elektrischen Feldes der Gegenelektrode.

Gegenstand der Erfindung ist ein mit sehr kleinem Abstand (unter 5° μ) zwischen Membran und Gegenelektrode arbeitendes Mikrophon, dessen Eigenschwingung im wesentlichen durch die Rückstellkraft eines Luftpolsters bestimmt ist. Die Nachteile, die bei ^xo den bisher bekannten Mikrophonausführungen dieser Art auftreten, werden dadurch vermieden, daß die Gegenelektrode aus metallisch leitenden sehr schmalen Stegen aufgebaut wird, die in sehr geringem Abstand voneinander senkrecht zur Membranfläche angeordnet sind, so daß gleichsam das wirksame Luftpolster weitgehend unterteilt ist. Die der Membran zugekehrten Enden der Stege bilden praktisch eine Äquipotentialen fläche. Im Gegensatz zu den bekannten Mikrophonkonstruktionen spielt bei dem Gegenstand der Erfindung die zwischen Gegenelektrode und Membran befindliche Luftschicht praktisch keine Rolle. Das Luftpolster hat vielmehr seinen Sitz in den durch die feine Unterteilung gebildeten Schächten, so daß die Eigenschaften des Luftpolsters im wesentlichen durch die Bemessung der Schächte festgelegt sind. ■ Seine Eigenschaften sind nicht mehr von dem Abstand der Elektroden abhängig wie bei den bisher bekannten Geräten.

Mit den Schächten kann in an sich bekannter Weise ein weiteres Luftpolster (Tonraum) in Verbindung gebracht werden, so daß die Elastizität des Luftpolsters hierdurch unabhängig von der Bemessung der Dämpfung geändert werden kann.

Durch geeignete Wahl von Schachtweite und Schachtlänge kann die Resonanz des Mikrophons in zeitlich unveränderlicher Weise so gedämpft werden, daß die Frequenzkurve bis zum Resonanzpunkt absolut horizontal verläuft.

♦5 Die Elektrodenstege, die das Luftpolster senkrecht zur Membranfläche so unterteilen, daß die einzelnen Luftschächte entstehen, sind derart schmal ausgebildet, daß eine merkliche Erhöhung der Steifigkeit nicht eintritt, und daß die Dämpfung, die die Luft zwischen Membran und elektrisch wirksamer Elektrodenfläche beim Ab- und Zufließen in den Raum zwischen den Schächten erfährt, unmerklich ist neben der durch die Strömung der Luft in den engen Schächten zwischen den einzelnen Elektrodenstegen verursachten Reibung.

Ein weiterer Vorteil der neuen Anordnung besteht darin, daß die Frequenzkurve nicht beeinflußt wind, wenn die Membranspannung infolge von Alterung nachläßt und daher der Membranabstand kleiner wird. Dies liegt daran, daß die Dämpfung durch die schmale Bemessung der Elektrodenstege unabhängig vom Membranabstand geworden ist.

Es soll noch erwähnt werden, daß bei der in der Abb. 3 dargestellten Schachtelektrode, bei der der Sitz von Dämpfung und Elastizität ineinander übergehen, ebenfalls eine unabhängige Bemessung von Dämpfung und Elastizität möglich ist, weil die Elastizität im wesentlichen durch das Volumen des Schachtes, die Dämpfung aber durch das Verhältnis von Breite zu Tiefe des Schachtes beeinflußt wird. In diesem Zusammenhang sei noch darauf hingewiesen, daß bei den bekannten Mikrophonen stets mit einer Änderung der Reibungsdämpfung eine Änderung des elektrischen Feldes bzw. des Luftpolsters zwangsläufig verbunden ist.

Bei der neuen Anordnung ist also trotz eines außerordentlich kleinen Abstandes zwischen beweglicher Membran und Gegenfläche ein beliebig großes Luftpolster vorhanden, das keinen nachteiligen Einfluß auf den Gesamtwirkungsgrad besitzt. Der für den elektromechanischen Anteil des Wirkungsgrades erforderliche geringe Abstand der leitenden Belegungen des Kondensatormikrophons wird erzielt durch Schaffung der künstlichen Äquipotentialfläche, die durch die weitgehend unterteilte Metallfläche gebildet ist. Diese Unterteilung ermöglicht es, ein hinreichend großes, weiches Luftpolster vorzusehen, ohne daß der elektromechanische Anteil des Wirkungsgrades durch den mit Rücksicht auf den mechanischakustischen' Anteil bei ebenen Flächen bedingten großen Abstand benachteiligt ist. Die Äquipotentialfläche wird dadurch gebildet,, daß an den Stellen, an denen die Gegenfläche nur durch einen kleinen Abstand von der anderen Belegung getrennt ist, das elektrische Feld hinübergreift in den Luftraum zwischen Gegenfläche und den benachbarten Teilen, die einen größeren Abstand von der Gegenfläche besitzen. Die Unterteilung ' des Luftpolsters kann so gewählt werden, daß es für- die höheren Frequenzen gleichsam härter als für die niedrigen Fre- no quenzen wird, so daß die Eigenschwingung der Membran leicht in das Gebiet oberhalb des zu untersuchenden Frequenzbandes gebracht werden kann, ohne daß man den Nachteil mit in Kauf nehmen muß, daß der mechanischakustische Wirkungsgrad für die tiefen Frequenzen durch ein hartes Luftpolster zu stark benachteiligt wird.

Die Abb. 1 bis 3 zeigen eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes, und zwar ist die bewegliche Membran als ebene Membran ausgebildet, während die Gegenfläche

unterteilt ist. Die unterteilte Gegenelektrode ist folgendermaßen entstanden: Ein breiteres Band ι und ein etwas schmaleres Band 2, wie Abb. ι zeigt, zweckmäßig aus metallischem Material — bei Verwendung eines nichtmetallischen Materials muß dieses nachträglich metallisiert oder sonst irgendwie, beispielsweise mittels eines Elektrolyten, leitend gemacht werden — werden gemeinsam aufgewickelt, so daß in der Aufsicht das Bild nach Abb. 2 entsteht. Abb. 3 zeigt eine Schnittzeichnung des Mikrophons. Der in den Lagern 3 und 4 elastisch eingespannten beweglichen Membran 5 stehen die überragenden Seiten des Bandes 1 dicht gegenüber, während die Seiten des Bandes 2 einen großen Abstand von der beweglichen Membran besitzen. Da sehr dünne Bänder verwendet worden sind — die beiden Bänder brauchen

zo aber nicht gleich stark zu sein — sind die .Abstände benachbarter Teile der Bänder 1, 2 außerordentlich gering. An den Teilen, die der beweglichen Membran gegenüberstehen, greift das elektrische Feld in den benachbarten Luftraum hinüber und bildet so eine Äquipotentialfläche. Durch die Zwischenräume zwischen den einzelnen Windungen des Bandes 1, die durch die Zwischenlegung des Bandes 2 bedingt sind, wird das erforderliche Luftpolster geschaffen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Abb. 4, und zwar ist in dieser Abbildung die Gegenelektrode in der Aufsicht dargestellt. Zwei gleich breite Bänder 7 und 8, von denen das eine, beispielsweise 8, gewellt ist, sind gemeinsam aufgewickelt und werden nach der Aufwicklung gleichmäßig überschliffen, so daß der Abstand der Bänder 7 und 8 von der Membran gleich ist.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Mit sehr kleinem Abstand (unter So μ) zwischen Membran und Gegenelektrode arbeitendes elektrostatisches Mikrophon, dessen Eigenschwingung im wesentliehen durch die Rückstellkraft des Luftpolsters bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das wirksame Luftpolster senkrecht zur Membranfläche durch metallisch leitende als Gegenelektrode dienende schmale Stege, deren der Membran zugekehrte Enden praktisch eine Äquipotentialfläche bilden, so fein unterteilt ist, daß die zwischen Gegenelektrode und Membran vorhandene Luftschicht praktisch ohne Einfluß auf Elastizität und Reibung ist, daß diese vielmehr ihren Sitz in dem Luftpolster haben, das in den durch die feine Unterteilung gebildeten Schächte sich befindet, so daß die elastischen Eigenschäften und die Dämpfung des Luftpolsters von dem Abstand der Elektroden unabhängig sind, und daß weiterhin eine von der Elastizität des Luftpolsters unabhängige Bemessung der Dämpfung mög-Hch ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Membran gegenüberstehende Gegenelektrode durch Aufwickeln zweier Bänder hergestellt ist.
3. ^3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Bänder gleicher Breite, das eine glatt, das andere gewellt, verwendet sind.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die benutzten Bänder verschiedene Breiten und gegebenenfalls verschiedene Stärken besitzen.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder aus Metall sind bzw. daß die aus nichtmetallischen Bändern hergestellten Wickelelektroden nachträglich nach einem Spritzoder Zerstäubungsverfahren oder galvanisch metallisiert oder sonst irgendwie, beispielsweise mittels Elektrolyten, leitend gemacht sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen