EP3544317A1 - Kondensatormikrofon mit keramikring - Google Patents

Kondensatormikrofon mit keramikring Download PDF

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EP3544317A1
EP3544317A1 EP18163360.3A EP18163360A EP3544317A1 EP 3544317 A1 EP3544317 A1 EP 3544317A1 EP 18163360 A EP18163360 A EP 18163360A EP 3544317 A1 EP3544317 A1 EP 3544317A1
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EP
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membrane
ring
condenser microphone
holding
electrodes
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EP18163360.3A
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English (en)
French (fr)
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Dieter Rapitsch
Christoph Frank
Mathias Balac
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Austrian Audio GmbH
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Austrian Audio GmbH
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Publication date
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    • H04R2499/10—General applications
    • H04R2499/11—Transducers incorporated or for use in hand-held devices, e.g. mobile phones, PDA's, camera's

Definitions

  • the invention relates to a condenser microphone according to the preamble of claim 1.
  • Such microphones can either be so-called “real” condenser microphones in which the polarization voltage is applied externally, or so-called electret microphones, which have permanently charged membranes in the course of the manufacturing process. Furthermore, the invention relates both capsules or microphones with a membrane and with two membranes.
  • the electrically conductive elements are usually made of brass, which is coated with gold in many cases, at least at the crucial parts of the surface and has a modulus of elasticity of about 100 GPa, the density of the material is around 8,000 kg / m 3 and is therefore very high ,
  • the insulating material used is mostly polyoxymethylene (POM) whose modulus of elasticity is less than 3 GPa and whose density is only about 1.4 kg / m 3 .
  • the electrical resistance is 10 13 ⁇ m.
  • POM absorbs water to a relatively small extent, about 0.2% by weight, but still results in a decrease in insulating properties.
  • a ceramic material in particular zirconium oxide (ZrO 2 ), is provided for such a material.
  • Zrconia is stiffer than brass with a modulus of elasticity of about 200 GPa and is almost as insulating as POM with a resistance of at least 10 11 m, and moreover has the advantage of not absorbing moisture.
  • the density of the zirconia is 6,000 kg / m 3 , it is very dense and the corresponding component correspondingly heavy, which has the advantage that with this ring stiffer rubber materials can be used as mechanical insulation for structure-borne sound insulation as in the prior art ; these stiffer rubbers have higher Shore hardness and are significantly more durable than the materials used in the prior art.
  • the Fig. 1 shows a schematic axial section of a microphone according to the invention:
  • a membrane ring 2 biases a membrane 1 by means of an insulating spacer ring 3 and an annular insulator 7 at a distance over a disc-shaped electrode 5.
  • This electrode 5 has openings 6 which the space between the electrode and the Connect the membrane to the space on the other side of the electrode.
  • a so-called acoustic friction 8 for example a web or a foam, which serves to tune the microphone. All of this is state of the art and needs no further explanation.
  • the membrane ring 2 and / or the annular insulator 7 consist of ceramic material. They are by means of screws 4, optionally made of electrically insulating material, in particular also ceramic material, connected to each other and thus clamp the membrane 1 a.
  • the Fig. 2 shows the situation in the case of a microphone with two membranes.
  • a microphone consists of two microphones, each with a membrane 1, which are connected to one another in an electrode-to-electrode manner.
  • the electrodes are located at a close distance from each other. This distance is determined by the role of the acoustic friction, which thereby assumes the disk-shaped cavity or slot 8 'thus formed between the mutually facing end faces of the two electrodes 5.
  • the two microphone parts are connected in a manner not shown (eg by the housing or the capsule and / or the other components) with each other or are held in this position, optionally with an intermediate ring, not shown. It is of course possible to connect the two components by means of at least one spacer and through screws instead of / in addition to the screws 4 in order to facilitate their handling and assembly. It is also possible to hold both electrodes with an annular insulator or to ensure the configuration shown in the capsule after, if appropriate, successive introduction by clamping. With knowledge of the invention, it is easy for the person skilled in the art to select the appropriate embodiments for the individual fields of application.
  • the Fig. 3 shows a plan view in the direction of arrow III of Fig. 2 , the ceramic diaphragm ring 2, the screws 4 and the diaphragm 1 are clearly visible.
  • the Fig. 4 shows, purely schematically, a variant of Fig. 1 with a retaining ring 9 made of ceramic material and an insulating disc 7, on the one hand together with the retaining ring 9 holds the electrode and the membrane 1 together with their rings, on the other hand, an acoustic friction 8, shown as a permeable material fixed.
  • the insulator 7 only has to be generally annular, in the sense that it surrounds and holds the electrode 5 at its circumference and, in the sense that it interacts with the membrane ring 2, around the membrane 1 hold. Otherwise it can be adapted to the respective installation situation and have corresponding projections, shoulders, noses, notches, etc.
  • the screws 4 may be made of ceramic material, they may be formed with countersunk heads, which are completely immersed in recesses in the respective ring, and the like.
  • bottom range means the bottom quarter, and especially an even smaller portion; while “middle range” means the middle third of the total height (width - length). All this information has its usual meaning, applied to the intended position of the object under consideration.
  • substantially means a deviation of up to 10% of the declared value, if physically possible is, both down and up, otherwise only in the meaningful direction, with degrees (angle and temperature) are thus ⁇ 10 ° meant.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kondensator-Mikrofon mit zumindest einer Membrane (1), zumindest einer der Membrane (1) zugeordneten Elektrode (5), zumindest einem ringförmigen Isolator (7), der die Elektrode (5) hält, mit zumindest einem die Membrane (1) haltenden Membranring (2) und gegebenenfalls einem die genannten Bauteile haltenden Haltering (9).Zur Verbesserung der mechanischen und elektrischen Eigenschaften ist vorgesehen, dass der Membranring (2) und/oder der ringförmige Isolator (7) und/oder der Haltering (9) aus keramischem Material bestehen. Bevorzugt ist das keramische Material Zirconiumoxid.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kondensator-Mikrofon entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Derartige Mikrofone können entweder sogenannte "echte" Kondensator-Mikrofone sein, bei denen die Polarisationsspannung extern aufgebracht wird, oder sogenannte Elektret-Mikrofone, die im Zuge des Herstellungsverfahrens permanent geladene Membranen aufweisen. Weiters betrifft die Erfindung sowohl Kapseln bzw. Mikrofone mit einer Membran als auch mit zwei Membranen.
  • An die im Folgenden summarisch als "Kondensator-Mikrofon" bezeichneten Mikrofone verwendeten Materialien werden extreme Anforderungen gestellt, insbesondere im Hinblick auf ihre elektrische Leitfähigkeit, aber auch im Hinblick auf ihre mechanischen Eigenschaften. Die elektrisch leitfähigen Elemente bestehen üblicherweise aus Messing, das in vielen Fällen zumindest an den entscheidenden Teilen der Oberfläche mit Gold beschichtet ist und einen Elastizitätsmodul von etwa 100 GPa aufweist, die Dichte des Materials liegt rund um 8.000 kg/m3 und ist somit sehr hoch.
  • Als isolierendes Material wird zumeist Polyoxymethylen (POM) verwendet, dessen Elastizitätsmodul kleiner als 3 GPa ist und dessen Dichte bei nur etwa 1,4 kg/m3 liegt. Der elektrische Widerstand liegt bei 1013 Ω m. POM absorbiert Wasser zu einem relativ geringem Ausmaß, etwa 0,2 Gew.-%, was aber dennoch zu einer Abnahme der isolierenden Eigenschaften führt.
  • Es gibt nun Anwendungsfälle, in denen die Verwendung eines hervorragend isolierenden und dennoch mechanisch sehr steifen Materials nützlich wäre. Ein Bauteil für den dies besonders zutrifft, ist der Membranring, der unter Umständen auch verwendet wird um verschiedene Bauteile zusammenzupressen oder ein Ring, der einen solchen Membranring aus anderem Material umfasst.
  • Es ist Ziel und Aufgabe der Erfindung ein solches Material anzugeben.
  • Erfindungsgemäß wird für ein solches Material ein keramisches Material, insbesondere Zirconiumoxid (ZrO2) vorgesehen. Zirconiumoxid ist steifer als Messing mit einem Elastizitätsmodul von etwa 200 GPa und fast so gut isolierend wie POM mit einem Widerstand von zumindest 1011 m und weist darüber hinaus den Vorteil auf, keine Feuchtigkeit zu absorbieren.
  • Da die Dichte des Zirconiumoxids bei 6.000 kg/m3 liegt, ist es sehr dicht und der entsprechende Bauteil entsprechend schwer, was den Vorteil hat, dass mit diesem Ring steifere Gummimaterialien als mechanische Isolierung für Körperschall-Isolierung als im Stand der Technik verwendet werden können; diese steiferen Gummimaterialien haben höhere Shore-Härten und sind deutlich haltbarer als die im Stand der Technik verwendbaren Materialien.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt
    • die Fig. 1 einen rein schematischen Schnitt durch die wesentlichsten Bauteile eines Kondensator-Mikrofons, nämlich Elektrode und Membrane,
    • die Fig. 2 einen entsprechenden Schnitt durch ein Kondensator-Mikrofon mit zwei Elektroden und Membrane,
    • die Fig. 3 eine Draufsicht in Richtung des Pfeiles III der Fig. 2.,
    • die Fig. 4 eine Variante der Fig. 1 und
    • die Figs. 5 und 6 eine Variante der Figs. 2 und 3.
  • Die Fig. 1 zeigt in einem schematischen Axialschnitt ein erfindungsgemäßes Mikrofon: Ein Membranring 2 spannt eine Membrane 1 mittels eines isolierenden Distanzringes 3 und eines ringförmigen Isolators 7 im Abstand über eine scheibenförmige Elektrode 5. Diese Elektrode 5 weist Öffnungen 6 auf, die den Zwischenraum zwischen der Elektrode und der Membrane mit dem Raum auf der anderen Seite der Elektrode verbinden. Dort ist eine sogenannte akustische Reibung 8, beispielsweise ein Gespinst oder ein Schaumstoff, vorgesehen, die zur Abstimmung des Mikrofons dient. All dies ist Stand der Technik und bedarf keiner weiteren Erläuterung.
  • Erfindungswesentlich ist, dass der Membranring 2 und/oder der ringförmige Isolator 7 aus keramischem Material bestehen. Sie werden mittels Schrauben 4, gegebenenfalls aus elektrisch isolierendem Material, insbesondere ebenfalls keramischem Material, miteinander verbunden und spannen so die Membrane 1 ein.
  • Die Fig. 2 zeigt die Situation im Falle eines Mikrofons mit zwei Membranen. Prinzipiell besteht ein solches Mikrofon aus zwei Mikrofonen mit jeweils einer Membran 1, die Elektrode - zu - Elektrode gewandt miteinander verbunden sind. Die Elektroden befinden sich dabei in knappem Abstand voneinander. Dieser Abstand bestimmt sich durch die Rolle der akustischen Reibung, die dabei der so gebildete scheibenförmige Hohlraum oder Schlitz 8' zwischen den einander zugewandten Stirnflächen der beiden Elektroden 5 übernimmt.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Mikrofonteile auf nicht gezeigte Weise (zB durch das Gehäuse bzw. die Kapsel und/oder die weiteren Bauteile) miteinander passend verbunden bzw. werden in dieser Lage gehalten, gegebenenfalls mit einem nicht gezeigten Zwischenring. Es ist selbstverständlich möglich, die beiden Bauteile mittels zumindest eines Abstandhalters und Durchgangsschrauben statt/zusätzlich zu den Schrauben 4 zu verbinden, um ihre Handhabung und Montage zu erleichtern. Auch ist es möglich, beide Elektroden mit einem ringförmigen Isolator zu halten oder die dargestellte Konfiguration in der Kapsel nach dem, gegebenenfalls sukzessiven, Einbringen durch Festklemmen sicherzustellen. In Kenntnis der Erfindung ist es dem Fachmann ein leichtes, hier für die einzelnen Anwendungsgebiete die passenden Ausführungsformen zu wählen.
  • Die Fig. 3 zeigt eine Draufsicht in Richtung des Pfeiles III der Fig. 2, der keramische Membranring 2, die Schrauben 4 und die Membrane 1 sind gut zu erkennen.
  • Die Fig. 4 zeigt, rein schematisch, eine Variante der Fig. 1 mit einem Haltering 9 aus keramischem Material und einer isolierenden Scheibe 7, die einerseits gemeinsam mit dem Haltering 9 die Elektrode und die Membrane 1 samt ihren Ringen hält, andererseits eine akustische Reibung 8, dargestellt als durchlässiges Material, fixiert.
  • Analog zeigen die Figs. 5 und 6 eine Doppelausführung ähnlich der der Figs. 2 und 3, wiederum mit einem keramischen Haltering 9. Hier ist aber statt der Schlitzreibung 8' eine als Gespinst oder ähnliches ausgebildete akustische Reibung 8 vorgesehen, das kann frei kombiniert bzw. ausgetauscht werden.
  • Allgemein soll noch darauf hingewiesen werden, dass der Isolator 7 nur allgemein ringförmig sein muss, in dem Sinn, dass er die Elektrode 5 an deren Umfang umgibt und hält und in dem Sinn, dass er mit dem Membranring 2 zusammenwirkt, um die Membrane 1 zu halten. Sonst kann er an die jeweilige Einbausituation angepasst sein und entsprechende Vorsprünge, Schultern, Nasen, Einkerbungen, etc. aufweisen.
  • Die Erfindung kann verschiedentlich abgewandelt werden. So können auch die Schrauben 4 aus keramischem Material bestehen, sie können mit Senkköpfen ausgebildet sein, die gänzlich in Ausnehmungen im jeweiligen Ring eintauchen, und dergleichen mehr.
  • In der Beschreibung und den Ansprüchen werden die Begriffe "vorne", "hinten", "oben", "unten" und so weiter in der landläufigen Form und unter Bezugnahme auf den Gegenstand in seiner üblichen Gebrauchslage, gebraucht. Das heißt, dass bei einer Waffe die Mündung des Laufes "vorne" ist, dass der Verschluss bzw. Schlitten durch die Explosionsgase nach "hinten" bewegt wird, etc..
  • Es soll noch darauf hingewiesen werden, dass in der Beschreibung und den Ansprüchen Angaben wie "unterer Bereich" eines Gehänges, Reaktors, Filters, Bauwerks, oder einer Vorrichtung oder, ganz allgemein, eines Gegenstandes, die untere Hälfte und insbesondere das untere Viertel der Gesamthöhe bedeutet, "unterster Bereich" das unterste Viertel und insbesondere einen noch kleineren Teil; während "mittlerer Bereich" das mittlere Drittel der Gesamthöhe (Breite - Länge) meint. All diese Angaben haben ihre landläufige Bedeutung, angewandt auf die bestimmungsgemäße Position des betrachteten Gegenstandes.
  • In der Beschreibung und den Ansprüchen bedeutet "im Wesentlichen" eine Abweichung von bis zu 10 % des angegebenen Wertes, wenn es physikalisch möglich ist, sowohl nach unten als auch nach oben, ansonsten nur in die sinnvolle Richtung, bei Gradangaben (Winkel und Temperatur) sind damit ± 10° gemeint.
  • Alle Mengenangaben und Anteilsangaben, insbesondere solche zur Abgrenzung der Erfindung, soweit sie nicht die konkreten Beispiele betreffen, sind mit ± 10 % Toleranz zu verstehen, somit beispielsweise: 11% bedeutet: von 9,9% bis 12,1%. Bei Bezeichnungen wie bei: "ein Lösungsmittel" ist das Wort "ein" nicht als Zahlwort, sondern als Fürwort anzusehen, wenn nicht aus dem Zusammenhang etwas anderes hervorgeht.
  • Der Begriff: "Kombination" bzw. "Kombinationen" steht, soferne nichts anderes angegeben, für alle Arten von Kombinationen, ausgehend von zwei der betreffenden Bestandteile bis zu einer Vielzahl derartiger Bestandteile, der Begriff: "enthaltend" steht auch für "bestehend aus".
  • Die in den einzelnen Ausgestaltungen und Beispielen angegebenen Merkmale und Varianten können mit denen der anderen Beispiele und Ausgestaltungen frei kombiniert und insbesondere zur Kennzeichnung der Erfindung in den Ansprüchen ohne zwangläufige Mitnahme der anderen Details der jeweiligen Ausgestaltung bzw. des jeweiligen Beispiels verwendet werden Bezugszeichenliste:
    01 Membrane 06 Löcher
    02 Membranring 07 Isolator
    03 Distanzring 08 Akustische Reibung
    04 Schraube(n) 08' a. Reibung als Schlitz
    05 Elektrode 09 Haltering

Claims (6)

  1. Kondensatormikrofon mit zumindest einer Membrane (1), zumindest einer der Membrane (1) zugeordneten Elektrode (5), zumindest einem ringförmigen Isolator (7), der die Elektrode (5) hält, mit zumindest einem die Membrane haltenden Membranring (2) und gegebenenfalls einem die genannten Bauteile haltenden Haltering (9), dadurch gekennzeichnet, dass der Membranring (2) und/oder der ringförmige Isolator (7) und/oder der Haltering (9) aus keramischem Material besteht/bestehen.
  2. Kondensatormikrofon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Membranring (2) mit dem ringförmigen Isolator (7) mittels Schrauben (4) verschraubt wird, und dass die Schrauben (4) aus keramischem Material bestehen.
  3. Kondensatormikrofon nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei Elektroden (5) aufweist, die einander mit ihren Stirnflächen gegenüberstehen, und dass die ihnen zugeordneten ringförmigen Isolatoren (7) miteinander mittels zumindest eines Abstandhalters und mit Durchgangsschrauben statt und/oder zusätzlich zu den Schrauben (4) verbunden sind.
  4. Kondensatormikrofon nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei Elektroden (5) aufweist, die einander mit ihren Stirnflächen gegenüberstehen, und dass beide Elektroden (5) von einem gemeinsamen ringförmigen Isolator (7) gehalten werden.
  5. Kondensatormikrofon nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei Elektroden (5) aufweist, die einander mit ihren Stirnflächen gegenüberstehen, und dass beide Elektroden (5) von einem gemeinsamen keramischen Haltering (9) gehalten werden.
  6. Kondensatormikrofon nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Material Zirconiumoxid ist.
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