NL8004351A

NL8004351A - Elektreetomzetter.

Info

Publication number: NL8004351A
Application number: NL8004351A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1980-07-30
Filing date: 1980-07-30
Publication date: 1982-03-01
Also published as: JPS5758500A; GB2081552B; GB2081552A; FR2493659A1; DE3124217A1; ES504345A0; CA1173552A; US4419545A; ES8302397A1; DE3124217C2; FR2493659B1

Description

PNN 9817 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "Elektreetarazetter"

De uitvinding heeft betrekking op een elektreetomzetter, omvattende een membraan en een eerste en een tweede elektrode, waarbij de elektroden zich elk aan een zijde van het membraan bevinden en waarbij tenminste één elektrode als vaste elektrode, voorzien van in 5 hoofdzaak qp gelijkmatige wijze over het oppervlak van de vaste elektrode verdeelde gaten, op enige afstand van het membraan is aangebracht waardoor tenminste een eerste Lichtspleet tussen het membraan en genoemde vaste elektrode wordt gevormd.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een hoofdtelefoon 10 omvattende een elektreetomzetter volgens de uitvinding.

Een elektreetomzetter van de in de aanhef genoemde soort is bekend uit de Amerikaanse Reissue nr. 28.420, zie figuren 2, 3 en 3a.

De bekende omzetter is daarbij voorzien van een vaste elektrode voorzien van gaten. De uitvinding is echter geenszins beperkt tot dit soort cm-15 zetters, doch is eveneens van toepassing op elektreetcmzetters voorzien van twee vaste elektroden, elk voorzien van gaten, waarbij de ene vaste elektrode samen met het membraan een Lichtspleet aan de ene zijde van het membraan, en de andere vaste elektrode samen met het membraan een Lichtspleet aan de andere zijde van het membraan vormen.

20 Het is bekend cm, door keuze van het patroon van de gaten in de vaste elektrode, dat wil zeggen door keuze van hun onderlinge afstand en de diameter van de gaten, en door de keuze van de breedte van de Lichtspleet tussen het membraan en een vaste elektrode, de frekwentiékarakte-ristiek en de gevoeligheid van een elektreetomzetter te beïnvloeden. Met 25 de frekwentiékarakteristiék wordt hier bedoeld: de amplitudekarakteris-tiek van de omzetter als funktie van de frékwentie.

Toch vertonen bekende elektreetcmzetters vaak scherpe pieken in de frekwentiékarakteristiék ten gevolge van de eigenresonanties van het membraan, of hebben vaak een te lage gevoeligheid.

30 De uitvinding beoogt nu een elektreetomzetter te verschaffen r die een optimaal gedrag voor. wat betreft zijn frekwentiékarakteristiék zowel als zijn gevoeligheid, heeft.

De elektreetomzetter volgens de uitvinding heeft daartoe als 800 4 3 51 PHN 9817 2 Α Ψ n A.

kenmerk, dat de volgens de fomule Z = 6h^ ~3 vastgestelde op • * cl· i=1 ï het membraan aangesloten impedantie voldoet aan de voarwaarde 3 75<Z^600 (Ns/m ), waarbij n=1 ingeval slechts één elektrode met het e membraan een luchtspleet vormt en n=2 indien ter weerszijden van het membraan gelegen elektroden hiermee elk een luchtspleet vormen, T| de dynamische viskositeit van lucht is, d^ de breedte van de luchtspleet tussen de betreffende elektrode (n) en het membraan en de grootte van het oppervlak ingesloten door vier het dichtst bij elkaar gelegen 10 gaten in de betreffende elektrode (n).

De maatregel volgens de uitvinding is gebaseerd op het inzicht dat de op het membraan uitgeoefende akoestische impedantie voornamelijk bepaald wordt door de viskositeit van de, in de luchtspleet tussen membraan en vaste elektrode aanwezige lucht.

15

Experimenteel kon daarbij een formule voor de specifieke akoestische impedantie worden gevonden, waarbij bleek dat deze impedantie bepaald werd door luchtspleetbreedte ai grootte van het oppervlak ingesloten door vier het dichtst bij elkaar gelegen gaten in een vaste elektrode.

20

Voor een definitie van het begrip specifieke akoestische 3 impedantie, welke impedantie wordt uitgedrukt in de eenheden Ns/m of mks rayls, zij verwezen naar "Acoustics" van L.L. Beranek, Mc Graw Hill, pag. 11.

Beheersing van deze impedantie bleek nu een belangrijke faktor 25 te zijn bij de verkrijging van een optimale werking van de elektreet-cmzetter volgens de uitvinding. In het bijzonder bleek dat bij een keuze 3 van voornoemde impedantie tussen de waarden 75 en 600 Ns/m , het voordeel wordt verkregen dat geen (vooral) laagfrékwsnte scherpe pieken in de frekwentiekarakteristiek van de omzetter ontstaan, zoals het geval is 30 bij een te laag gekozen impedantie, en bovendien geen te zwaar gedempt systeem waardoor de gevoeligheid te laag zou kunnen worden, zoals het geval is bij een te hoog gekozen impedantie.

In het geval de eléktreetcmzetter is uitgevoerd als balanssysteem met aan beide zijden een vaste elektrode en een bijbehorende lucht- oc spleet dienen de twee impedanties ten gevolge van de twee luchtspleten bij elkaar te worden opgeteld, n is dan gelijk aan 2. Vormt alleen één elektrode met het membraan een luchtspleet en is de andere elektrode als geleidende laag op het membraan aangebracht dan is n gelijk aan 1.

800 4 3 51 fc H3N 9817 3 Λ

De luchtspleetbreedte van deze ene luchtspleet en de grootte van het oppervlak Ingesloten tussen vier het dichtst bij elkaar gelegen gaten in de vaste elektrode dienen nu zodanig gekozen te worden dat de impedantie van deze enkele luchtspleet in genoemd gebied ligt.

5 Verder kan men die elektrode, die als vaste elektrode met het membraan een luchtspleet vormt voorzien van een schuif, waardoor het oppervlak van de gaten in genoemde vaste elektrode, en daarmee het oppervlak A^, instelbaar is.

Door deze maatregel verkrijgt men de mogelijkheid cm het 10 gedrag van de omzetter, voor wat betreft frekwentiekarakteristiek en gevoeligheid binnen zekere grenzen te kunnen aanpassen.

Een hoofdtelefoon volgens de uitvinding is nog gekenmerkt doordat de hoofdtelefoon een elektreetcmzetter volgens de uitvinding omvat. Bij hoofdtelefoons wordt de spleetbreedte vaak veel kleiner 15 gekozen dan bij elektreetamzetters die als luidsprekers worden gebruikt.

Bij eléktreetcmzetters in de vorm van luidsprekers zijn de uitwijkingen van het membraan namelijk veel groter cm zodoende een hoog akoestisch uitgangssignaal te verkrijgen, hetgeen grote spleethreedtes noodzakelijk maakt. Bij èlektreetanzetters in hoofdtelefoons waar het akoestisch nn uitgangssignaal veel kleiner kan zijn bestaat dus de mogelijkheid de spleethreedtes veel kleiner te kiezen waardoor een hogere gevoeligheid van het elektreetsysteem kan worden verkregen. In de bekende hoofdtelefoons blijken de groottes van de oppervlakten ingesloten tussen vier het dichtst bij elkaar gdegen gaten in de vaste elektrode veelal 25 veel te groot te zijn waardoor een te hoge impedantie op het membraan van de omzetter wordt uitgeoefend. Door de groottes zodanig te kiezen dat de impedantie in het hiervoor genoemde gebied komt te liggen blijkt ook bij elektreetcmzetters voor hoofdtelefoons een optimale werking te kunnen worden gegarandeerd.

30 Aan de hand van enige uitvoeringsvormen in de tekeningen zal het idee van de uitvinding verder worden verduidelijkt.

Figuur 1 toont een uitvoeringsvorm van een elektreetcmzetter volgens de uitvinding.

Figuur 2 toont in figuur 2a, 2b en 2c drie voorbeelden van een 35 gedeelte van de vaste elektrode van de elektreetcmzetter met gaten.

Figuur 3 toont een gedeelte van een vaste elektrode voorzien van een schuif.

Figuur 4 toont een andere uitvoeringsvorm van een elektreet- 900 4 3 51 EHN 9817 4 omzetter volgens de uitvinding, uitgevoerd als balanssysteem.

Figuur 1 toont een uitvoeringsvorm van een eléktreetcmzetter, welke is voorzien van een geladen membraan 3 van een isolerend polymeer materiaal, een eerste elektrode 1 en een tweede elektrode 2. De eerste 5 elektrode 1 is als geleidende laag op het membraan 3 aangebracht. De tweede elektrode 2 is een vaste elektrode (ook wel achterelektrode genoemd en vormt samen met het membraan 3 een luchtspleet 5 met breedte d, welke luchtspleet via gaten 5 in de tweede elektrode met de buitenlucht in verbinding staat. Door akoestische golven kcrat het membraan 3 in trilling 10 waardoor aan de kleumen 6-6' een daarmee evenredige spanning ontstaat. Cïigekeerd komt het membraan onder invloed van een aan de klemmen 6-6' aangeboden elektrisch signaal in trilling waardoor een akoestisch signaal door het membraan wordt af gegeven. De spleetbreedte d en de grootte van het oppervlak A, ingeeloten door vier het dichtst bij elkaar gelegen 15 gaten 5 in de vaste elektrode 2, aangegeven door de gearceerde delen 7 in figuur 2a, 2b en 2c, welke figuren een deel van de vaste elektrode 2 weergeven, dienen nu zodanig gekozen te worden dat voldaan wordt aan de volgende vergelijking 75^6??<600 (Ns/rn^ of mks rayls) (1)

20 dJ

waarbij η de dynamische viskositeit van de in de luchtspleet aanwezige _5 2 lucht is, en ongeveer gelijk is aan 1,8.10 Ns/m (zie "Acoustics" van L.L. Beranek, Mc. Graw Hill, p. 135).

In figuren 2a, 2b en 2c is zichtbaar hoe, voor een aantal lü konfiguraties van de vaste elektrode 2, de grootte van het oppervlak, ingesloten door vier het dichtst bij elkaar gëegen gaten 5, kan worden bepaald.

Figuur 3 toont enkel een vaste elektrode 2 voorzien van een schuif 11, welke schuif in de richting weergegeven door de pijl beweeg-

wU

baar ia De schuif 11 is voorzien van gaten 8 die in een bepaalde stand van de schuif samenvallen met de gaten 5 van de vaste elektrode 2. Door de schuif 11 in één der aangegeven richtingen te verschuiven kan de werkzame doorsnede van de gaten 5 verkleind worden. Het zich tussen vier, het dichtst bij elkaar gelegen gaten, bevindende oppervlak A wordt hier-35 door vergroot, zodat de impedantie op het membraan hierdoor instelbaar wordt.

Figuur 4 toont een gedeelte van een eléktreetcmzetter uitge- 80 0 4 3 51 EBN 9817 5 voerd als balanssysteem. Aan beide zijden van het mambraan 3 bevinden zich vaste elektroden 11 en 2, elk voorzien van gaten 9 respectievelijk 5, welke elektroden elk een luchtspleet 4' respectievelijk 4 net het rremr= braan 3 vormen. De luchtspleten hebben een breedte d^ respectievelijk 5 d2. Vooral bij weergave heeft een dergelijk symmetrisch systeem uit figuur 4 het voordeel dat een lineair verband tussen akoestische trillingen en elektrische signalen wordt verkregen. Dit in tegenstelling tot de uitvoeringsvorm uit figuur 1. De spleetbreedten d^ en d2 en de groottes van de oppervlakten en ingesloten door vier het dichtst bij elkaar 10 gelejen gaten 9 respectievelijk 5 in vaste elektroden 1' respectievelijk 2 dienen zodanig gekozen te worden dat voldaan wordt aan de volgende vergelijking * 75< 6 —3 + 6 η —2 < 600 (Ns/m3) (2) dl dj 15 waarbij tj de dynamische viskositeit van de in de luchtspleet aanwezige lucht is.

In het bijzonder bij het gebruik van de elektreetomzetter volgens-de uitvinding, in hoofdtelefoons is het voldoen aan de vergelijking (1) of (2) van groot belang. Bij elektreetcmzetters in hoofdtelefoons on wordt de luchtspleetbreedte, tengevolge van de veel kleinere uitwijkingen van het membraan die bij dergelijke toepassingen benodigd zijn, veel kleiner genaakt dan bijvoorbeeld bij cmzetters die worden gebruikt als luidsprekers. Bij luidsprekers zijn namelijk veel grotere uitwijkingen benodigd voor héfcverkrijgen van een voldoend akoestisch uitgangsvermogen, 25 zodat de luchtspleetbreedtes veel groter dienen te zijn.

Het toepassen van veel kleinere luchtspleetbreedtes bij hoofdtelefoons heeft dan tot gevolg dat genoemde oppervlaktes tussen vier gaten in de vaste elektrodes eveneens dienen te worden verkleind om te blijven voldoen aan de formules (1) of (2).

30 Hetzij vermeld dat de uitvinding niet beperkt is tot de uit voeringsvormen zoals hiervoor weergegeven, doch eveneens van toepassing is op uitvoeringsvormen met bijvoorbeeld een andere doorsnede van de gaten of uitvoeringsvormen die pp niet voor de uitvinding van belang zijnde punten van getoonde vormen verschillen.

35 8 00 4 3 51

Claims

1. Elektreetanzetter, cmvattende een membraan en een eerste en een tweede elektrode, waarbij de elektroden zich elk aan een zijde van het membraan bevinden en waarbij tenminste één elektrode als vaste elektrode, voorzien van in hoofdzaak op gelijkmatige wijze over het oppervlak van de 5 vaste elektrode verdeelde gaten, op enige afstand van het membraan is aangebracht waardoor tenminste een eerste luchtspleet tussen het membraan en genoemde vaste elektrode wordt gevormd, met het kenmerk, dat de volgens n Ai . de formule Z = 6>j ^ ^ vastgestelde qp het membraan aangesloten int- i=1 di 10 pedantie voldoet aan de voorwaarde 75 < Z < 600 (Ns/πΓ), waarbij n=1 inge- val slechts één elektrode met het membraan een luchtspleet vormt en n=2 indien ter weerszijden van het membraan gelegen elektroden hiermee elk een luchtspleet vormen, 'de dynamisch viskositeit van lucht is, d^ de breedte van de luchtspleet tussen de betreffende elektrode (n) en het 15 membraan en de grootte van het oppervlak ingesloten door vier het dichtst bij elkaar gelegen gaten in de betreffende elektrode (n).

2. Elektreetanzetter volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat die elektrode, die als vaste elektrode met het membraan een luchtspleet vormt, voorzien is van een schuif, waardoor het oppervlak van de gaten 20 in genoemde vaste elektrode, en daarmee het oppervlak A^, instelbaar is.

3. Hoofdtelefoon, met het kenmerk, dat de hoofdtelefoon een elektreetanzetter volgens één der voorgaande conclusies omvat. 25 30 35 800 4351