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Kondensatormikrophon mit sehr kleinem Abstand zwischen Membran und
Gegenfläche Die Erfindung bezieht sich auf KondensatormikrophQne und insbesondere
auf die Ausbildung und Herstellung des sehr kleinen Luftspaltes zwischen Membran
und Gegenfläche (Gegenelektrode) und ferner auf die Form und Bearbeitung der Membrangegenfläche.
Von diesem Luftspalt, der im allgemeinen etwa io bis 2o,u dick ist, und von dessen
Maßhaltigkeit, sowie von der Sauberkeit der Gegenfläche hängt die Qualität des Mikrophons
hinsichtlich Frequenzgang, Übertragungsmaß und Richtwirkung entscheidend ab.
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Bei den bekannten Mikrophonen wird der Luftspalt und die Membrangegenfläche
im allgemeinen in mühseliger Handarbeit auf das erforderliche Maß gebracht, z. B.
durch Touschieren. Ferner hat man auch schon die Gegenfläche in den inneren Teil
der Elektrode eingedreht und die Membran über verhältnismäßig breite, stehengelassene
Ränder gespannt. Man hat auch schon zwischen Membran und Gegenfläche Zwischenlagen
aus dünner Isolierstofffolie eingelegt, deren Dicke den Abstand bestimmt. Alle Verfahren
haben den Nachteil, daß sie ungenau sind und nur für kleine Stückzahlen in Betracht
kommen. Außerdem klatscht bei zu hoher Gleichspannung die Membran an die Gegenfläche
an und wird festgebremst. Bei den zwischengelegten Folien und den breiten Rändern
treten ferner Verluste durch schädliche Kapazitäten auf.
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Gemäß der Erfindung werden demgegenüber auf der Gegenfläche (Gegenelektrode)
feine, erhabene,
vorzugsweise linienförmige Stege vorgesehen, auf
denen die Membran aufliegt. Diese Stege besitzen eine dem Membranabstand entsprechende
Höhe (etwa 1o bis 20,11) und eine geringe Breite von beispielsweise o,i mm, d.li.,
sie sind größenordnungsmä ßig etwa zehnmal so breit wie hoch. Die Membran wird straff
darüber gespannt und von den Stegen abgestützt.
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Der Vorteil der Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß der Luftabstand
durch die Stege genau festliegt und deshalb die elektroakustischen Eigenschaften
der Rechnung entsprechen. Ferner ist eine billige Serienfertigung mit maschinellen
Mitteln bei liiiclister Genauigkeit möglich und die schädliche Kapazität besonders
klein. Außerdem ist ein Anklatschen der Membran unmöglich, man kann also die angelegte
Gleichspannung und damit das Ober-. tragtingsmaß erhöhen.
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1)ie Erfindung und dazugehörige' Einzelheiten sind all Hand der Abb.
i bis 7 beispielsweise erläutert.
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In Abb. i sind sämtliche Teile des Mikrophons in leer Reihenfolge,
wie sie zusammengefügt werden, übereinandergezeichnet. AlleMikroplionteile werden
von dein ringförmigen, aus Blech gezogenen Gehäuse i aufgenommen, in das zunächst
die als Staubschutz dienende feine Drahtgaze 2 eingelegt wird. Dann folgt der ebenfalls
gezogene, nach oben gewölbte Deckel 3, auf dessen Rand von unten die dünne Folientnembran
4, z. B. Vinifol, mit der im Vakuum aufgedampften Metallschicht, z. B. aus Zinn
oder Aluminium, nach oben so aufgeklebt ist, claß die Xletallschicht mit dem Deckel
Kontakt macht. Die Gegenelektrode 5 ist als Scheibe aus gelochtem Blech, dessen
Löcher maschinell ausgestanzt sind, ausgeschnitten oder ausgestanzt und gemäß der
Erfindung mit drei feinen konzentrischen =lbstiitzringep 6 versehen. Diese Ringe
sind etwa i o bis 2o ,u hoch und etwa o, i mm breit. Die Gegenelektrode 5 wird in
eine Vertiefung des Isolierkörpers 7, z. B. Preßkörper, so weit eingedrückt, <laß
sie etwas (etwa 0,3 mm) über die Ringfläche übersteht und mit dem nach außen
führenden Kontaktstift 8 verlötet. Der aus der Gegenelektrode 5 und Isolierkörper
7 gebildete Teil 9 wird nunmehr in dasGchäuse i eingeführt, wobei sich die Membran
über die vorstehende Elektrode 5 wie ein Trommelfell spannt. Der radiale Abstand
der Ringe 6 ist so bemessen, daß die zwischen den Ringen liegenden Teilmembranflächen
gleiche oder ungefähr gleiche Eigenresonanzen besitzen. Vorzugsweise erfolgt die
Anordnung der Ringe in den Schwingungsknotenlinieil der Membran. Auf der Rückseite
des Teils 9 ist eine schlaffe, akustisch unwirksame Folienmeinbran io aufgeklebt,
die den hinter der Elektrode 5 liegenden Luftraum abschließt. Dann folgt eine als
Dichtung wirkende Seidenscheibe i i und der hintere Abschlußdeckel 12, in den die
feinen 1-uftkatiäle 13 radial eingraviert oder eingeprägt sind. Nach Einfügen aller
Teile wird der Rand des Gehäuses i umgebördelt und das Mikrophon damit verschlossen.
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In den Abb.2 bis 6 sind weitere, erfindungsgemäße Ausführungsformen
der Gegenelektrode 5 und der feinen Stege dargestellt. In Abb.2 ist eine Gegenelektrode
5 gezeigt, die als Steg nur einen schmalen Abstützring 13 am äußeren Rand besitzt.
In Abb. 3 sind sieben nebeneinander angeordnete Ringe 11 vorgesehen und in Abb.
.1 radiale Stege 15. In Abb. 5 sind die Stege 16 netzförmig über die Elektrodenfläche
verteilt, und in Abb.6 sind in ähnlicher Weise wie bei Abb. i drei konzentrische
Ringe 17 vorgesehen. Die Löcher 18 in der Gegenelektrode 5 sind hier jedoch so angeordnet,
daß die in den Zwischenräumen verlaufenden Stege 17 nicht unterbrochen sind. Es
ist jedoch auch möglich, unterbrochene Stege zu verwenden, z. 13. indem man sie
über die Elektrodenlöcher hinwegzieht; sie können aber auch aus punktförmigen Gebilden
bestehen. In Abb. 7 ist das komplette Mikrophon dargestellt.
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Die Herstellung der Stege kann auf verschiedene Weise aus Metall oder
Isoliermaterial erfolgen. Vorzugsweise bilden sie einen Teil der Elektrode selbst,
indem sie beispielsweise in die Elektrode eingeprägt sind oder zusammen mit dieser,
z. 13. im Spritzgußverfähren, gegossen werden. 'Mail kann die Stege jedoch auch
aufgießen, aufspritzen oder mit Hilfe bekannter Verdampfungsverfahren im Vakuum
aufdampfen. Ferner können die Stege z. B. aus Lack oder aus Farbe bestehen und finit
llilfe von Stempelei aufgedruckt werden. Man kann jedoch auch aus dünnen Folien
ausgestanzte oder ausgeschnittene Stege verwenden, sowie in Forin feiner Drähte
oder Textil- bzw. Seidenfasern auflegen. Die Drähte oder Fasern können auch in die
Elektrode durch deren Löcher hindurch eingenäht werden oder durch Lack festgehalten
werden. Ferner kann nian auch feine Gewebe aus Draht oder Textilfasern zwischen
Membran und Gegenelektrode einfügen.
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Zur Aufbringung der feinen Stege kommen auch chemische Methoden in
Betracht, z. I3. Galvaliisieren, elektrolytisches,Oxydiereii oder Verfahren, die
bei der Herstellung photographischer Schichten gebräuchlich sind. Außerdem kann
man auch die Flächen zwischen den Stegen wegätzen, so daß die Stege erhaben herauskommen.
Für die Serienfabrikation der Mikrophone eignet sich besonders das Prägeverfahren,
bei dem, ähnlich wie bei der Münzenlierstellung, ein gehärteter Prägestempel finit
Rillen an Stelle der Stege verwendet wird. Das Prägeverfahren besitzt den besonderen
Vorteil, da13 Unebenheiten der Elektrodenfläche zwischen den Stegen automatisch
beseitigt werden. Man erspart hierdurch die bisher notwendige Feinstbearbeitung
durch Tonschieren.
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Die Breite der Stege bestimmt die schädliche Kapazität des Mikrophons,
da die Membran all diesen Stellen aufliegt und elektroakustisch unwirksam ist. Es
ist also günstig, die Stege so schmal zu machen, wie dies aus mechanischen und fertigungstechnischen
Gründen zugelassen werden kann. Als praktisches Maß ist etwa o,i mm ermittelt worden,
es sind jedoch Abweichungen davon möglich.
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Die Höhe der Stege beeinflußt die Reibungsdämpfung der Membranen.
Bei Richtmikrophonen kann es unter Umständen zweckmäßig sein, die
Abstützhöhen
der verschiedenen 'Membranen unterschiedlich zu machen durch verschieden hohe Stege
auf den Gegenflächen. Man kann auch verschiedene Musterung wählen und gegebenenfalls
bei der einen Membran eine glatte Gegenelektrode ohne Stege vorsehen.