NL8204510A - Transducent van de als electreet aangeduide soort met een naar keuze gemetalliseerde achterplaat. - Google Patents

Description

A * a r- V.0.3827

Transducent van de als electreet aangeduide soort met een naar keuze gemetalliseerde achterplaat.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op akoustische stelsels / en meer in het bijzonder op transducenten van de als electreet aangeduide soort voor het verkrijgea van richtinggevoelige responsiekarakteri-stieken.

5 Acoustische configuraties met een aantal afzonderlijke microfoons zijn bruikbaar can richtinggevoelige responsiekarakteris'tieken te ver-krijgen, zoals ook is aangegeven in de Nederlandse octrooiaanvrage 8006821. Het is echter noodzakelijk dat elke van zulk een configuratie deel uitmakende microfoon tijdens de constructie van de configuratie 10 nauwkeurig op zijn. plaats.wordt gebracht. Wanneer de plaats van de microfoons afwijkt van gewenste posities betekent zulks dat de responsie-karakteristiek van de configuratie sterk nadelig wordt beinvloed.

De in het voorafgaande geschetste problemen betreffende het onnauwkeurig positioneren van microfoons tijdens de constructie van een 15 akoustische configuratie.wordt opgeheven wanneer gebruik wordt gemaakt van een enkele strook amvattende electreettransducent. De responsie-karakteristiek behorende bij een transducent van de als electreet aangeduide soort oavat een hoofdlus en een aantal zijlussen voorzover een en ander lager is dan een voorafvastgesteld drempelniveau, hetgeen in hoofd-20 zaak hetzelfde is als de microfoonconfiguratie die in het voorafgaande is beschreven..

Bij een voor de onderhavige uitvinding illustratieve uitvoerings-vorm omvat een transducent van de als electreet aangeduide soort een electreetfolie die boven een selectief gemetalliseerde achterplaat 25 liggend is aangebracht. De electreetfolie die een metalen laag en een elektrostatisdh geladen polymeerlaag omvat is in rechtstreeks contact met het selectief gemetalliseerde oppervlak van de achterplaat aangebracht. De achterplaat wordt naar keuze gemetalliseerd doordat metaal wordt neergeslagen op een ruw oppervlak vain deze achterplaat.

30 De breedte van de metallieke laag varieert gaande langs de lengte van de achterplaat volgens een voorafbepaalde functie. De gevoeligheid van de electreettransducent in elk willekeurig langs de lengte daarvan beschouwd punt is recht evenredig met de breedte die in dat punt bestaat.

8204510 -- -2- >

De breedte van de metalen laag is ten opzichte van het midden van de achterplaat symmetrisch. Voorbij een empirisch bepaalde afstand gerekend vanaf het midden van de achterplaat en ter weerszijden daarvan is de breedte van de metalen laag constant.

5 Bij de in het voorafgaande beschreven voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding heeft de metalen laag van de electreetfolie echter een uniforme breedte langs de volledige lengte daarvan.

Bij een andere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding heeft de in het voorafgaande genoemde gemetalliseerde laag van de achter-10 plaat een uniforme breedte over de gehele lengte van de achterplaat. De breedte van de metalen laag van de electreetfolie varieert echter volgens de in het voorafgaande bedoelde functie.

Bij nog een andere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding wordt een tweede folie bestaande uit een metalen laag en een polymeer-15 laag boven de genoemde transducent gedragen. Voor deze uitvoeringsvorm zijn ten minste twee afzonderlijke combinaties mogelijk. Bij de ene combinatie varieert de breedte van de metalen laag van de gedragen tweede folie volgens de in het voorafgaande bedoelde functie, terwijl de breedte van de metalen laag van de zich daarop bevindende electreetfolie 20 en de achterplaat constant blijft. De andere combinatie wordt verkregen doordat de breedte vain de metalen laag van de gedragen tweede folie constant wordt gehouden, terwijl de breedte van de metalen laag die in aanraking is met de daarop aangebrachte electreetfolie en achterplaat, varieert.

25 De uitvinding zal in het onderstaande nader worden toegelicht met verwijzing naar de tekening waarin: fig. 1 een overzicht geeft van een uit elkaar genomen electreettransducent; fig. 2 een aanzicht geeft van een selectief gemetalliseerde 30 achterplaat zoals gebruikt in de electreettransducent volgens fig. 1; fig. 3 perspectivisch weergave heeft van een gedeelte van de uit elkaar genomen electreettransducent volgens fig. 1; fig. 4 een op vergrote schaal getekende doorsnede geeft ter illustratie van de wijze waarop de electreetfolie en de achterplaat in 35 de electreettransducent volgens fig. 1 met elkaar in aanraking zijn; 820 4 5 1 0 -- - ---------------- --- - - ·.·.;· ΐ'·:· i-^ry ^ -3- λ ’ * fig. 5 geeft een responsiekarakteristiek van de electreettransducent volgans fig. -1; fig. 6 geeft een schema van een vein de electreettransducent volgens fig. 1 afwijkende uitvoeringsvorm; 5 fig. 7 geeft een schema van een electreettransducent bruikbaar om een feitalljke luchtspleet te ohdirscheiden van een effectieve luchtspleet; fign* 8, 9 en 10 geven uitvoeringsvormen van electreettransducenten verkregen door de feitelijke luchtspleet te varieren; fign. 11, 12 en 13 geven uitvoeringsvormen van electreettransducenten 10 verkregen door het varieren van de effectieve luchtspleet; fign. 14 an 15 geven uitvcieringsvormen van een electreettransducent verkregen <too»3at de dikte van de eleetreetfolie is gevarieerd; fign. 16, 17 en 18 geven elektrostatische ladingsverdelingen in het plqymaeroppervlak van de eleetreetfolie volgens fig. 1.

15 Bij een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding zijn zowel de metalen laag van de electreet als wel de gemetalliseerde achterplaatlaag langs hun respectievelijke lengte-afmetingen gevarieerd.

In fig. 1 is een electreettransducent weergegeven waarvan de onder-delen uit elkaar zijn genomen. Uit daze figuur blijkt dat een electreet-20 folie 10 twee lagen omvat: een bovenste metalen laag 12 en een onderste, uit een synthetiseh harspolymaer (zoals PEP TEFLON R)gevormde laag 14.

De polymeerlaag 14 draagt een electrostatische lading die een voorafbe-paalde waarde heeft. Bij een bepaalde toepassing is de electrostatische lading gelijkmatig over het galaden gebied verdeeld bij een spanning van 25 -275 ± 3 volt,. De metalen laag 12 heeft bij deze toepassing een dikte van ongeveer 2000 δ , de dikte van de polymeerlaag is ongeveer 25 micron. Tevensis bi^jdaze toepassing de eleetreetfolie 21-0,5 cm lang en 2-0,5 cm breejjjt, Sat desbetreffende oppervlak van de polymeerlaag 14 van de in het voorafgaande bedoelde eleetreetfolie is in rechtstreekse aan- - ' y ·.’ ' · ‘ if··· : ‘ 30 raking met het row® oppervlak 16 van een selectief gemetalliseerde achter-plaat 18. Eei. dergalijke selectieve metallisatie wordt verkregen door een laag (20)van een metaal neer te slaan op het van nature ruwe oppervlak 16 van di| achterplaat 18, en wel zodanig dat de breedte w van de metalen laag langs de lengte van de achterplaat 18 gaande varieert volgens 35 de functie;· 820 4 5 1 0 ..........- — - --------- ί ϊ -4-

J1rjvii-e2)1/2] ξ <L

W =(1-ξ2)1/2 Jjijv) w = K, L S ξ| £ 1 (2) waarin, J, = Bessel functie van de eerste orde; j = (-i)1/2 , v = in [r+(r2-l)1/2],· 5 r = verhouding tussen de amplitude van de hoofdlus en het zij- lusdrempelniveau in de responsiekarakteristiek die in het onderstaande zal worden beschreven met verwijzing naar fig.5; ξ = genormaliseerde verplaatsing van elk willekeurig punt op de achterplaat ten opzichte van het midden daarvan; 10 L = genormaliseerde verplaatsing van de achterplaat wear vaorbij de breedte van de metaallaag een constante, Kis.

Bij een constante ladingsdichtheid, constante luchtspleten en een constante foliedikte is de gevoeligheid van de electreettransducent in elk willekeurig punt langs zijn lengte-afmeting recht evenredig met de 15 breedte die de metalen laag 16 op de achterplaat 18 in dat desbetreffende punt heeft.

Volgens een andere mogelijkheid is de laag 12 van de in het voor-afgaande bedoelde electreetfolie selectief gemetalliseerd zodanig dat de breedte van de metalen laag gaande langs de lengte van de electreet-20 folie 10 varieert volgens de in het voorafgaande gegeven functies (1) en (2). Bij deze uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding is de breedte van het metalen oppervlak 16 van de achterplaat 18 langs de lengte van deze achterplaat 18 uniform. Bij een constante ladingsdichtheid, constante luchtspleten en een constante foliedikte, is de gevoeligheid 25 van de electreettransducent in elk willekeurig punt langs de lengte daarvan recht evenredig met de breedte die de metalen laag 12 van de electreetfolie 10 in dat punt heeft. De verkregen responsiekarakteristiek is in hoofdzaak dezelfde als de in het voorafgaande bedoelde responsiekarakteristiek die in fig. 5 is weergegeven.

30 In het kort verwijzend naar fig. 5 wordt opgemerkt dat daarin 8204 5 1 0 .....- - --------------------- »4.

-5- is weergegeven de totals responsiekarakteristiek van de electreettransdu-cent voor 5067 Hz* De responsiekarakteristiek zoals deze langs experimented weg is bepaald, omvat een hoofdlus 30 en een aantal zijlussen 32, 34, 36, 38 en 40 die elk in hoofdzaak 30 dB onder het niveau van de 5 bovenvermelde hoofdlus 30 liggen. Andere zijluspatronen zullen worden verkregen voor andere frequencies. in elke situatie geldt echter dat de zijlus of zijlussen zich op of lager dan de drenpel 35 zullen bevinden.

De corresponderende responsiekarakteristiek zoals deze langs theoretische weg is bepaald is door onderbroken lijnen weergegeven. De verhouding 10 r tussen de amplitude van de hoofdlus 30 en die van de drempel 35, d.i. de zijlusamplitude, wordt zoals tot uitdrukking is gebracht in de bovenvermelde functies (1} en (2) gebrulkt om de breedte van de metalen laag te bapalen.

In het kort verwijzend naar fig. 2 wordt opgemerkt dat daarin is 15 weergegeven een bovenaanzicht van de achterplaat 18 die deel uitmaakt van de configuratie volgens fig. 1. Het in het voorafgaande genoemde ruwe oppervlak 16 van de achterplaat 18 onrvat de door opdampen of enige andere 'geschijcte aiethode neergeslagen metalen laag op het oppervlak 16 van de achterplaat 18. De achterplaat 18 kan ?ijn gemaakt van ketendraag-20 plaatmateriaal, waarin veelal openingen zijn aangebracht, of enig ander electrisch niet-geleidend materiaal.

De breedte van de metalen Iciag 20 is gedefinieerd door de in het voorafgaande gegeven vergelijkingen (1) en (2). Op plaatsen gelegen langs de lengte van de metalen laag 20 en zich bevindend equidistant 25 ten opzichte van en ter weerszijden van het midden, is de breedte van de metalen laag hetzelfde. Voorbij een voorafvastgestelde, genormali-seerde lengte L van de metalen laag 20, blijft de breedte-een constante K bij elk uiteinde van de metalen laag 20.

Zoals vender uit fig. 1 blijkt vormt een metalen stijl 24 die 30 contact maakt met de metalen laag 20 op het oppervlak 16 vein de achterplaat 18, een positieve electrische leiding met een (niet weergegeven) connector. Evenzo vormt een leiding 25 die contact maakt met de metalen laag (12). van de electreetfolie (11) een neutrale (ofwel aard) electrische leiding gaande naar 'de in het voorafgaande genoemde connector (niet 35 weergegeven). Hierdoor worden de akoustische signalen die invallen op de 8 20 4 51 0 ----- - — --------------------— * > -6- in het voorafgaande genoemde electreettransducent omgezet in electrische signalen die geschikt zijn voor electrische transmissie.

De in het voorafgaande genoemde stijl past in een opening 26 in een constructie-element 28 dat in een uitvoeringsvorm van koper is ge-5 maakt, en dat dient om de achterplaat 18 te dragen. De electreetfolie 10 is over de achterplaat 18 heen liggend aangebracht, waarbij de polymeer-laag 14 van de electreetfolie 10 in directe aanraking verkeert met het gemetalliseerde ruwe oppervlak 16 van de achterplaat 18. De longitudinale zijden 27 en 29 van de electreetfolie 10 worden tegen de zijden 41 en 43 10 van het constructie-element 28 aangedrukt door middel van de klemmen 42 en 44. Deze klemmen 42 en 44 worden op hun plaats gehouden door een aan-tal instelschroeven 46, 48. Evenzo worden de uiteinden 57 en 59 van de electreetfolie 10 vast aangehouden tegen het constructie-draagelement 28 door middel van .drukstukken 50, 52 en instelschroeven 54, 56.

15 De samengestelde electreettransducent kan verticaal worden gedra- gen door het uiteinde 57 in te schuiven in een draagorgaan (niet weer-gegeven). In een andere uitvoering kan de electreettransducent vanaf een plafond via den of beide uiteinden 57, 59 worden gedragen.. Ook is moge-lijk een uitvoering waarbij de electreettransducent op een rauur kan zijn 20 geplaatst. In elk geval is de electreettransducent zodanig aangebracht dat de hoofdlus 30 volgens fig. 5 het doelgebied omvat.

In fig. 3 is een in perspectief getekend gedeelte weergegeven van de samengestelde electreettransducent. Gemakshalve zijn in fig. 3 dezelfde verwijzingscijfers gebruikt als.in de fign. 1 en 2.

25 Fig. 4 geeftcpeen vergrote schaal getekend aanzicht weer ter illustratie van de wijze waarop de electreetfolie 10 en de achterplaat 18 van fig. 1 met elkaar in aanraking zijn. De polymeerlaag 14 van de electreetfolie 10 maakt rechtstreeks contact met het ruwe oppervlak 16 van de achterplaat.18. Wegens de natuurlijke ruwheid van het oppervlak 30 16 van de achterplaat 18 ontstaan meerdere natuurlijke randen via welke rechtstreeks contact wordt gemaakt met de folie 10, zodat een resonantie-beweging van genoemde folie 10 wordt verhinderd. Het is nodig om een dergelijke resonantiebeweging te verhinderen om spectraalpieken in de frequentieresponsiekarakteristiek van de electreettransducent te vermijden. 35 Door het ongelijkmatige oppervlak 16 wordt de benodigde luchtspleet tus-sen de achterplaat 18 en de electreetfolie 10 gevormd.

820 4 5 1 0 -.....—---------------" , i * -7-

In fig. 6 is een andere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvin-ding weergegeven. Be electraetfolie 10 die een polymeerlaag 14 en een metalen laag 12 cravat, maakt xechtstreeks contact met de achterplaat 18 die een gemetalliseerd ruw oppervlak 16 omvat. Verder maakt de metalen 5 laag 12 rechtstreeks contact met de gemetalliseerde laag 16. De polymeer-laag 14 is electrostatisch geladen totdat een voorafgekozen spannings-niveau is bereikt.

Over de electreetfolie is een tweede folie 66 aangebracht dat een metalen laag 68 en een polymeerlaag 70 omvat. De polymeerlaag 70 van de 10 tweede folie 66 en de polymeerlaag 14 van de electreetfolie 10 zijn structureel van elkaax gescheiden door twee gelsoleerde eindstoppen 62 en 64. Twee variantan zijn mogelijk door ofwel de breedte van de metalen lagen 16 en 12 te varidren ofwel door de breedte van de metalen laag 68 te variiren volgens de in het·voorafgaande gegeven vergelijkingen (1) en IS (2) , terwijl de breedte van de resterende metalen lagen uniform blijft langs de gehele lengte van de laag. In elk geval isde responsiekarakteris-tiek die wordt verkregen in hoofdzaak gelijk aan de in het voorafgaande behandelds responsiekarakteristiek, waarbij έέη hoofdlus en een aantal • 'zij.lussen aanwezig zijn bij of beneden een voorafvastgesteld drempel-20 niveau,zoals in verband met fig. 5 in het voorafgaande werd behandeld.

Zoals in het voorafgaande is uiteengezet is de gevoeligheid van de electreettransducent langs elk willekeurig punt langs zijn lengte-af-meting recht evenredig met de breedte die de varierende metalen laag van de electreettransducent qp die plaats heeft. De breedte van de 25 varierende metalen laag van de electreettransducent is volgens de onderhavige uitvinding gegeven door de in het voorafgaande vermelde vergelijkingen (1) en {2). De gevoeligheid Ψ (x) van de transducent op elke willekeurige langs zijn lengte-afmeting gemeten afstand ten opzichte van het midden van de electreettransducent is gegeven door de vergelijking: 30 ψ (x) - 4 Trg(X)Sle££(x)S(x)w(x) (3) p Ar-<- S (x) + Vs (xj ο ο 1 waarin Ψ (x) = de gevoeligheid van de electreettransducent op een afstand x vanaf het midden daarvan? σ(χ) = de ruimtelijke ladingsverdeling; 35 Sleff ^ ~ effecti®ve luchtspleetdikte, die in het onderstaan- meer gedetailleerd zal worden beschreven; 82 0 4 5 1 a - ----------- — ----------------- > \ -8-

Sj(x) = de werkelijke luchtspleetdikte, die in het onder- staande nog nader gedetailleerd zal worden beschre-ven; w(x) = de breedte van de metalen laag genoemd in de vooraf- 5 gaande vergelijkingen (1) en (2); p = atmosferische druk? o A = oppervlak van het vlakke oppervlak 16 van de elec- treettransducent volgens fig. 2; *· - meegevendheid van de electreetfolie; 10 = meegevendheid van lucht; en S(x) = dikte van de electreetfolie.

De in het voorafgaande genoemde responsiekarakteristiek is uitgaande van de volgende vergelijking langs theoretische weg berekend 15 RS = £ (4) t(x)dx waarin, 1 = lengte van de electreettransducent vanaf het midden tot een uiteinde? 20 -1 = lengte van de electreettransducent vanaf het midden naar het andere uiteinde; ψ(χ) = gevoeligdheid van de electreettransducent op elke willekeurige afstand x vanaf het midden daarvan; k = akoustisch golfnummer; en 25 R(0) = responsie van de electreettransducent bij elke wille keurige hoek Θ gegeven als de hoek tussen een invallende akoustische golf en het oppervlak van de transducent. Opnieuwe terugkomend op fig. 5 wordt opgemerkt dat de aldaar weergegeven.getrokken lijnen.30, 32....40 representatief zijn voor de 30 feitelijk gemeten responsiekarakteristiek. De corresponderende responsiekarakteristiek die langs theoretische weg is berekend uitgaande van de vergelijking (4) is weergegeven door onderbroken lijnen.

Zoals aangegeven in de vergelijking (3) is de gevoeligheid van de electreettransducent recht evenredig met de breedte van de metalen 820 4 5 1 0 -................................................

W " '· - -.ΛφΚΤ.'· .p ;.' , Η·,;..

/ -9- laag, de dikte van de elactreetfolie, de dikte van de effectieve luchtspleet en de ruimtelijke ladingsverdeling, d.i. de electrostatische lading die op de electreetfolie aanwezig is. De gevoeligheid van de electreettraaeducent is tevens omgekeerd evenredig met de dikte van de 5 feitelijke luchtspleet. Door de in het voorafgaande genoemde parameters met een tegelijk te vari&ren volgens de in het voorafgaande gegeven vergelijking (1) wordt de gewenste responsiekarakteristiek zoals weerge-geven in fig. 5 verkregen.

In fig, 7 is weergegeven een inrichting met behulp waarvan de 10 in het voorafgaande genoemde uitdrukkingen: feitelijke luchtspleet en effectieve luchtspleet zullen worden uiteengezet.

Een achterplaat 72 net een uniforme dikte t rust op een rug 74 die door een machlnale bewerking in het inwendige van de cilinder 78 met een straal xq en op een afstand hQ van het bodemoppervlak 80 daarvan is 15 gevormd. De achterplaat 72 is voorzien van een aantal doorboringen 82 die elk een diamter bezitten van h^. Op de bovenkant van de cilinder 78 rust een electreetfolie 84 waarvan de dikte op een afstand vanaf het bovenoppervlak van de achterplaat 72 is aangeduid door S. Wegens het gewicht van de electreetfolie 84 en trillingen veroorzaakt door de ge-20 luidsgolven die de folie 84 treffen, zal de afstand tussen de folie 84 en de achterplaat 72 van geen betekenis zijnde variaties ondergaan.

De feitelijke luchtspleet is het volume 86 van de lucht die zich bevindt tussen de electreetfolie 84 en de achterplaat 72. Zoals in het voorafgaande is vermeld is, aangezien de electreetfolie 84 slechts 25 een verwaarloosbare vervorming ondergaat, de dikte of diepte van de feitelijke luchtspleet in hoofdzaak constant. De feitelijke luchtspleet beinvloedt het electrisch gedrag van het systeem. Naarmate de afstand tussen de electreetfolie 84 en de achterplaat 72 kleiner is, zal het uitgangssignaal zoals teweeggebracht door de electreetfolie 84 ster-30 ker zijn.

De effectieve luchtspleet is gegeven als de som van het volume van de lucht in de achterholte 68, en het volume van de lucht die zich in het aantal doorboringen 82 en in de feitelijke luchtspleet 86 bevindt. De dikte of diepte van de effectieve luchtspleet is gegeven door de 35 volgende uitdrukking: 820 4 5 1 0 ---------------------------

4 V

-10- n hjt h + -Γ" + si (5) 0.2 1 4 r o waarin, h = diepte van het volume lucht in het achterholte 88; o n = aantal doorboringen 82; h^ = diameter van elk Vein de doorboringen 82; 5 t = dikte van de achterplaat 72; r = straal van de cilinder 78; en o

Sj = dikte van de feitelijke luchtspleet.

De feitelijke luchtspleet beinvloedt het mechanisch gedrag van de electreettransducent. Naarmate de effectieve luchtspleet groter is zal 10 de afbuiging van de electreetfolie 84 voor eenzelfde daarop werkzame akoustische druk, groter zijn. De effectieve luchtspleet bepaalt aldus de mechanische stijfheid van de electreettransducent maar beinvloedt niet de electrische eigenschappen van. de electreettransducent.

Alhoewel in fig. 7 een cilinderconfiguratie 88 is weergegeven om de 15 betekenis van de uitdrukkingen feitelijke luchtspleet en effectieve luchtspleet duidelijk te maken, gelden dezelfde principes eveneen voor de rechtlijnige electreettransducent zoals in fig. 1 is weergegeven.

Fig. 8 is illustratief voor een electreettransducent die is gemaakt doordat de dikte van de feitelijke luchtspleet langs de lengte-afmeting 20 van deze electreettransducent is gevarieerd. De dikte van de feitelijke luchtspleet wordt hierbij gevarieerd doordat gebruik is gemaakt van een aantal stijlen 90 door middel waarvan de electreetfolie 92 en de achterplaat 94 van elkaar zijn gescheiden. De hoogte-afmetingen h^ van deze stijlen 90 gerekend langs de lengte-afmeting van de electreettransducent 25 zijn gegeven.door de uitdrukkingen hf = (w(x)) 1 (6) hf = (K)"1 (7) waarin, w(x) de in het voorafgaande gegeven vergelijking (1) en 30 K de in het voorafgaande gegeven vergelijking (2) is.

Met andere woorden geldt dat de gevoeligheid in elk willekeurig punt langs de electreettransducent omgekeerd evenredig is met de hoogte van de stijlen die in dat punt aanwezig zijn. Op elk willekeurig punt 820 4 5 1 0 -----------------------] -11- i op de achterplaat 94 zijn de stijlen even hoog,gemeten langs de breedte van de achterplaat 94 die op dat punt geldend is. Volgens een altema-tieve uitvoering zijn de stijlen vervangen door richels met een constante hoogte en welke richels zich uitstrekken langs de breedte-afmeting van 5 de achterplaat.

De achterplaat 94 is op het oppervlak 96 van de achterplaat 94 dat naar de electreetfolie 92 is toegekeerd voorzien van een metalen laag die even breed is cils de achterplaat 94. Bij een andere uitvoering is de gehele achterplaat van metaal gemaakt. De electreetfolie 92 omvat 10 een metalen laag 91 en een electrostatisch- geladen polymeerlaag 98. De polymeerlaag 98 bevindt zich tegenover de achterplaat. Een negatieve leiding 97 uitgaande van het metalen oppervlak 91 van de electreetfolie 92, alsook een positieve leiding 99 uitgaande vanaf het metalen oppervlak 96 van de achterplaat 94, komen uit op een connector 100.

15 Fig. 9 vertoont een perspectivisch aanzicht van een gedeelte van een electreettransducent volgens fig. 8, ter illustratie van de details van de stijlen 90 op de achterplaat 94, waarbij een gedeelte van de electreetfolie 92 is weggesneden.

Bij een altematieve uitvoeringsvorm van de onderhavige uit-20 vinding is de metalen laag 91 van de electreetfolie 92 zodanig aan de metalen laag van de achterplaat 96 bevestigd dat de twee metalen lagen steeds contact met elkaar maken. Een tweede folie (niet weergegeven) is boven de electreetfolie 92 opgehangen, welke twee folies van -elkaar zijn gescheiden door de in het voorafgaande genoemde stijlen 90.

25 Fig. 10 is illustratief voor een andere uitvoeringsvorm van de electreettransducent die is verkregen door het varieren van de dikte van de feitelijke luchtspleet. De feitelijke luchtspleetdikte tussen de electreetfolie 102 en de achterplaat 104 is gegeven doordat de dikte van de achterplaat 104 is gevarieerd. De dikte van de electreetfolie 102 30 blijft echter langs de gehele lengte daarvan constant. Zulks betekent dat de hoogte-afmetingen van de stijlen 108 langs.de lengte-afmeting van deze electreettransducent varieren. De stijlen 108 vormen een structured drager voor de electreetfolie 102. De dikte van de achterplaat 104 varieert langs de lengte-afmeting van de electreettransducent 35 volgens de in het voorafgaande gegeven formules(6) en (7), met andere woorden de gavoeligheid van de electreettransducent in elk willekeurig 8 20 mo ~ ~~ -12- punt daarvan is omgekeerd evenredig met de dikte die de achterplaat aldaar heeft.

Het oppervlak 110 van de achterplaat 104 is bedekt met een metalen laag die zich over de gehele breedte van de achterplaat ,104 uit-5 strekt. Bij een andere uitvoeringsvorm is de gehele achterplaat 104 van metaal gemaakt. De electreetfolie 102 omvat twee lagen namelijk een me- ψ talen laag 101 en een electrostatisch geladen polymeerlaag 112. Een neutrale (of aard) geleider 111 die uitgaat vanaf het metalen oppervlak 101 van de electreetfolie 102 en een positieve leider 13 die uitgaat van-10 af het metalen oppervlak 110 van de achterplaat 104 komen uit op een connector 114.

Bij een andere uitvoering is de metalen laag 101 van de electreetfolie 102 bevestigd aan het metalen oppervlak 110 van de achterplaat 104, zodanig dat de twee metalen lagen rechtstreeks contact met elkaar 15 maken. De tweede folie (niet weergegeven) is boven de achterplaat 104 opgehangen. Deze tweede folie wordt ondersteund door de genoemde stijlen 108*

Bij elk van de in figuren 8, 9 en 10 weergegeven electreet-transducenten is de daarbij behorende responsie in hoofdzaak gelijk aan 20 de responsiekarakteristiek.die in fig. 5 is weergegeven.

In de figuren 11, 12 en 13 zijn drie verschillende uitvoerings-vormen van electreettransducenten weergegeven waarbij voor elk van deze uitvoeringsvormen geldt dat zij zijn verkregen doordat. de effectieve luchtspleetdikte is gevarieerd. Bij elk van deze drie uitvoeringsvormen 25 is een electreetfolie aangebracht op een achterplaat op soortgelijke wijze als bij. de electreettransducenten volgens de figuren 1 en 4 het geval is. Aangezien de uitvinding in hoofdzaak tot uitdrukking komt in de uitvoering van de achterplaat zal slechts de achterplaat worden beschre-ven.

30 Meer in het bijzonder verwijzend.naar -fig. 11 wordt opgemerkt dat aldaar zijn weergegeven een.electreetfolie 121 en een achterplaat 116.

. De genoemde electreetfolie 121 is rechtstreeks op. het acKterplaatoppervlak 118 dat van nature ruw is, liggende aangebracht. Een aantal openingen 120 met gelijke diameters zijn met verschillende diepten in het oppervlak 35 118 van de achterplaat 116 uitgeboord- Aangezien de genoemde electreet folie 121 rechtstreeks op het oppervlak 118 is aangebracht, is de 8204510 ' -13- feitelijke luchtspleetdikte langs de lengte-afmeting van de achterplaat 116 in hoofdzaak constant. Zulks betekent dat zoals uit de voorafgaande gegeven uitdrukking (5) ook blijkt, de effectieve luchtspleetdikte recht evenredig is met de diepte van de openingen 120.

5 Door de diepte-afmetingen van deze openingen 120 te varieren is .de effectieve luchtspleetdiepte gegeven door de in het voorafgaande gegeven vergelijkingen (1) en (2). De gevoeligheid ¥ (x) in elk wille-keurig punt langs de electreettransducent is recht evenredig met de effectieve luchtspleetdikte die voor het desbetreffende punt geldend is. 10 .De gevoeligheid ? (x) is gegeven door de in het voorafgaande genoemde vergelijking (3) . Ditgaande van de in het voorafgaande gegeven relatie (4) is de responsiekarakteristiek langs theoretische weg berekend. De responsie zoals berekend uitgaande van de relatie (4) en de responsie zoals feitelljk gemeten zljn in hoofdzaak gelijk aan de responsiekarakte-15 ristieken zoals weergegeven In fig. 5.

De in fig. 12 weergegeven uitvoeringsvorm omvat een electreetfolie 123 en een achterplaat 122 waarin een aantal doorboringen 124 is aangebracht en welke uitvoeringsvorm bruikbaar is om een andere uitvoeringsvorm van een electreettransducent te vormen. De diameters van de 20 doorboringen varieren zodanig dat het volume van de zich in de boringen bevindende lucht in recht evenredig verband varieert volgens de in het voorafgaande gegeven. vergelijkingen (1) en (2), met andere woorden de effectieve luchtspleetdikte varieert recht evenredig met de in het voorafgaande gegeven vergelijkingen (1) en (2).

25 De in fig. 13 weergegeven configuratie omvat een electreetfolie 127 en een achterplaat 126 waarin een aantal boringen 128 met onderling gelijke diameters in deze achterplaat 126 is gevormd. De effectieve luchtspleetdikte varieert zodat de dichtheid van de boringen 126 varieert en wel recht evenredig met de in het voorafgaande gegeven vergelijkingen 30 (1) en (2).

In een andere uitvoeringsvorm (niet weergegeven) van de onderha-vige uitvinding waarbij de effectieve luchtspleet langs de lengte-afmeting van de electreettransducent varieert, is de metalen laag van de electreetfolie in rechtstreeks contact met de metalen laag vein de achter-35 plaat aangebracht. Een tweeds folie is boven de electreetfolie 121, 123 of 127 aangebracht en deze folie wordt gedragen door isoleerelementen 8204510........—------------------------- -14- .

zoals weergegeven in fig. 6 waarbij de elementen 62 en 64 deze functie vervullen. Bij drie verschillende realisaties van deze uitvoeringsvorm varieert de effectieve luchtspleetdikte doordat de diameter, dichtheid of diepte van de in de achterplaat aanwezige openingen varieert, een en 5 ander zoals getoond in de figuren 11, 12 en 13. Bij een altematieve uitvoeringsvorm zijn de openingen zoals toegepast bij de configuraties volgens de figuren 11, 12 en 13 vervangen door (niet weergegeven) groeven, waarvan de breedte, dichtheid, of diepte varieert volgens de vergelij-kingen (1) en (2). Deze groeven verlopen evenwijdig aan de breedte-af-10 meting van de achterplaat.

In fig. 14 is een electreettransducent weergegeven met een achterplaat 130 met een uniforme dikte en een electreetfolie 132 waarvan de dikte recht evenredig varieert volgens de in het voorafgaande gegeven vergelijkingen (1) en (2). De electreetfolie 132 omvat een polymeerlaag 15 136 en een daarop aangebrachte metalen.laag 142. Een vlak oppervlak 134 van de polymeerlaag 136 is rechtstreeks aangebracht op een van nature ruw oppervlak 138 van een achterplaat 130. Op het oppervlak 138 van de achterplaat 130 is een dunne.metalen laag 137 aangebracht. Een neutrale (of aard) geleider 133 uitgaande van de metalen laag 142 en een positieve 20 geleider 131 uitgaande van de metalen laag op het oppervlak 138 van de achterplaat 130 komen uit op een. connector 140.

De gevoeligheid Ψ(x) zoals gegeven door de in het voorafgaande genoemde vergelijking (3) van de electreettransducent volgens fig. 14 en geldend in elk willekeurig punt daarvan, is recht evenredig met de 25 dikte van de electreetfolie 132 in dat punt. De responsie zoals uitgaande van de in het. voorafgaande gegeven relatie (4) theoretisch is berekend en die zoals in feite is gemeten, zijn in hoofdzaak dezelfde als die welke zijn weergegeven in fig. 5.

Pig. 15 geeft een andere uitvoeringsvorm van de onderhavige uit-30 vinding waarbij de diktervan de electreetfolie 154 langs de lengte-af-meting van de transducent varieert volgens de vergelijkingen (1) en (2),

De metalen laag 58 van de electreetfolie 154 maakt rechtstreeks contact met het metalen oppervlak 152 van de achterplaat 150. De dikte t^ van de achterplaat 150 is gegeven door de volgende vergelijkingen 35 = 1 - w(x) (8) * 1 - K (9) ..........82 0 4 5 1 0-------- --------:--------;---;-; -15-

Een tweede folie 168 bevindt zich boven de electreetfolie 154 en weIke tweede- folie wordt gedragen door isolerende elementen 162 en 164.

De afstand tussen de tweede folie 168 en het polymeeroppervlak van de electreetfolie 156 is in hoofdzaak constant gerekend langs de lengte-5 afmeting en langs de breedte-afmeting van de electreettransducent. Een neutrale (of aard) elektrische geleider 153 is bevestigd aan het metalen oppervlak 167 van de tweede folie 168 en een positieve geleider 155 is bevestigd aan de metalen lagen 158 en 152 die met elkaar in aanraking zijn. De elektrische geleiders 153 en 155 komen uit op een connector 166.

10 De gevoeiigheid, Ψ(x) van de electreettransducent volgens fig. 15 als gegeven door de in het voorafgaande vermelde vergelijking (3) geldend in elk willekeurig punt langs de lengte-afmeting van de electreettransducent is recht evenredig met de dikte van de electreetfolie 154 in het desbetreffende punt. De respocsiekarakteristiek is in hoofdzaak gelijk 15 aan die welke is weergegeven in fig. 5.

Een andere uitvoeringsvora van een electreettransducent wordt ver-kregen door onder gebruikmaking van bekende methoden elektrostatische lading in de polymeerlaag 14 van de electreetfolie 10 in fig. 4, te varieren zodanig dat een recht evenredig verband bestaat volgens de voor-20 afgaande vermelde vergelijkingen (1) en (2). De breedte van de metalen laag op het ruwe oppervlak 16 van de achterplaat 18 blijft echter constant langs de gehele lengte van de achterplaat 18. Aldus kan in plaats van de breedte van de metalen laag 16 de elektrostatische lading in de polymeerlaag 14 worden gevarieerd. Bij een andere uitvoeringsvorm is de 25 electreetfolie 10 in rechtstreeks contact met de achterplaat 18 aange-bracht zoals is weergegeven in fig. 6, waarbij een tweede folie 66 boven de electreetfolie is aangebracht. De gevoeiigheid Ψ (x) zoals gegeven door de in het voorafgaande vermelde vergelijking (3) van de electreettransducent in elk willekeurig punt daarvan is recht evenredig 30 met de elektrostatische lading.die in dat punt aanwezig is. De responsie van deze electreettransducent is in hoofdzaak gelijksoortig aan die welke is weergegeven in fig. 5.

Zoals in het voorafgaande is aangegeven is het bekend op welke wijze een electreetfolie van een elektrostatische lading moet worden voorzien.

35 Een voorbeeld van een dergelijke methode is beschreven in een artikel 8204510---- -16- getiteld "Research in Polvmer Electrets" van G.M.Sessler en J.E.West, gepubliceerd door de "Society of Photographic Scientists and Engineers at the Second International Conference on Electrophotography, biz.

162-166 (1974).

5 In fig. 16 is aangegeven hoe een electrostatische lading is verdeeld over het polymeeroppervlak 14 van de electreetfolie 10 volgens fig. 1. De electrostatische lading is langs de gehele breedte van het electreetfolie-oppervlak 14 gelijkmatig verdeeld. De ladingsdichtheid varieert echter langs de lengte-afmeting van de electreetfolie en wel 10 volgens de in het voorafgaande.gegeven vergelijkingen (1) en (2). Boven-dien is de gevoeligheid* van de electreettransducent in elk willekeurig punt daarvan recht evenredig met de electrostatische lading die in de electreetfolie op dat punt aanwezig is. Zoals tot uitdrukking wordt gebracht door de in het voorafgaande gegeven vergelijking (4) is de 15 responsiekarakteristiek zoals is weergegeven in fig. 5 afhankelijk van de gevoeligheid.van de electreettransducent.

In fig. 17 is weergegeven een polymeeroppervlak zoals het polymeeroppervlak 14 van de electreetfolie 10 volgens fig. l,en dat volgens een altematieve methode electrostatisch is geladen. De electrostatische la-20 ding is uniform verdeeld langs een gekozen breedte-afmeting zoals bij de configurable volgens fig. 16 het geval is, waarbij de lading langs de lengte-afmeting van het polymeeroppervlak 14 varieert. De breedte van het electrostatisch geladen polymeeroppervlak 14 varieert echter langs de lengte-afmeting volgens de in het voorafgaande gegeven vergelijkingen 25- (1) en (2). De breedte van het electrostatisch geladen gebied is echter niet in overeenstemming met de breedte van het polymeer. De responsiekarakteristiek die wordt verkregen is in hoofdzaak dezelfde als die welke met de voorafgaande uitvoeringsvormen wordt verkregen.

De electrostatische ladingsverdeling zoals is beschreven met 30 verwijzing naar de figuren 16 en 17 heeft betrekking op oppervlaktela-dingen. In elk geval kan dezelfde ladingsverdeling worden verkregen door : een electrostatische lading over verschillende diepten van de polymeer-laag van de electreetfolie 10 volgens fig. 1 neer te slaan. De electrostatische lading σ in elk willekeurig punt is gegeven door de verge-35 lijking v σ = _a_ (10) fid 820 4 5 1 0 —-------------- « -17- waarin, σ = ladingsdichtheid, -* » meegevendheid van polymeer, -* = maegevendheid van omgevende lucht, 5 d^= diepte van electrostatisohe lading, d = dikte van polymeerlaag, en V = alectrostatische spanning.

Pig. 18 is illustratiaf voor een andere methode dienende om het in het voorafgaande bedoelde polymeeroppervlak van de electreetfolie te 10 laden. Evenals de configuratie volgens fig. 6 varieert een negatieve electrostatische lading binnea een gekozen gebied langs de lengte-afme-ting van de polymeerlaag volgens de in het voorafgaande gegeven verge-lijkingen (1) en (2). In afwijking van de configuratie volgens fig. 17 zijn bij de configuratie volgens fig, 18 de niet geladen ruinrten op het 15 polymeeroppervlak thans positief geladen. Het effect van de maatregel om het polymeeroppervlak zowel negatief als positief te laden is dat een duidelijk gedefinieerde rand is verkregen tussen de twee geladen gebieden. Aldas is de in elk pint op de transducent aanwezige gevoelig-heid nauwkeuriger bepaald en rechtstreeks afhankelijk van de electro-20 statische lading die in het desbetreffende punt aanwezig is. De respon-sie is in sterke mate richtinggevoelig en omvat zoals is gelllustreerd in fig. 5 een hoofdlus en een aantal zijlussen beneden een voorafgekozen drempel.

Bij drie van de in het voorafgaande beschreven uitvoeringsvormen 25 waarbij de metaalbreedte wordt gevarieerd, de feitelijke luchtspleet wordt gevarieerd of de effectieve luchtspleet wordt gevarieerd, kan de electreetfolie worden vervangen door een folie waaraan een gelijkstroom als hulpstrocaa wordt toegevoard. Met andere woorden wordt in plaats van een electrostatische lading die is gelnduceerd in de folie, een· 30 hulpgel 1 jkspanning continue daaraan aangelegd vanaf een exteme gelijk-spanningsbron .

Bovendien lean gebruik worden. gemaakt van twee afzonderlijke folies namelijk een folie met een metalen laag en een polymeerlaag, of een folie dat geheel uit metaal is gemaakt. Wanneer gebruik is ge-35 maakt vam een folie met een polymeerlaag en een metalen laag, dient echter de metalen laag grenzend aan de achterplaat te worden aangebracht.

8204 5 1 0 ----------------^ J * -18-

Bovendien dient de folie niet rechtstreeks op de achterplaat te worden geplaatst. In plaats daarvan dient de folie boven de achterplaat te worden gedragen zoals een constructie waarbij gebruik is ge-maakt van isoleermiddelen zoals de elementen 62, 64, volgens fig. 6.

5 Geleiders die uitgaan vanaf de metalen laag van de folie en de metalen laag van de achterplaat kunnen wat hun aansluiting op de connector be-treft worden verwisseld. Met andere woorden de polariteit van de geleiders is van geen betekenis.

V

\.

820 4 5 1 0 —--------1

Claims (12)

1. Akoustische transducent met een richtinggevoelig responsie- patroon met een hoofdlus en een aantal zijiussen bij een vooraf vast-gesteld drempelniveau, met het kenmerk, dat een electreetfolie (10) boven een achterplaat (IS) is aangebracht, waarbij ten minste een ge-5 deelte (16) van de achterplaat dat is toegekeerd naar de electreetfolie, op zijn oppervlak is bedekt met een metaal (20), waarbij de gevoelig-heid van de akoustische transducent Icings de lengte-afmeting van de electreetfolie (10) zodahig is ingesteld dat zijlussen ontstaan bij of beneden het drempelniveau.

2. akoustische transducent volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de gevoeligheid is ingesteld door de breedte w van het metalen oppervlak (20) van de achterplaat (18) vast te stellen volgens de ver-gelijking --, ija :i-a2)1/2i 15 _ > i <i (l-€-) x JA( jtj ) w = K, L, < Ιξ < 1 i waarin, J. - een Bessel functie van de eerste ordej j * (-1)1/2 , 20 υ = In [r+(r2-l)1/2]; r * verhouding tussen de amplitude van genoemde hoofd-lus en het genoemde zijlusdrempelniveau? ζ * genormaliseerde lengte van de afstand tussen elk willekeurig punt op genoemde achterplaat en het 25 — midden van deze achterplaat; en L * genormaliseerde lengte vein genoemde achterplaat waar voorbij genoemde breedte van genoemde metalen deklaag een constante K is.

3. Akoustische transducent volgens de conclusies 1 of 2, met het 30 kenmerk dat de breedte van het metallieke oppervlak (20) in hoofdzaak gelijk is op gelijke afstanden ten opzichte. en ter weerszijden van een middenlijn die evenwijdig verloopt aan de kortste zijde van de achter- 820 4 5 1 0 ---------------------------------------- > * c ί .......... ... _ _ , ______ __ * -20- plaat (18), en de afstanden van de twee randen van het oppervlak (20) ter weerszijden van een tweede middenlijndfe evenwijdig verloopt aan de lange afmeting van de achterplaat, in hoofdzaak dezelfde zijn.

4. Akoustische transducent volgens. een van de voorafgaande conclusies, 5 met het kenmerk dat de electreetfolie (10) direct contact maakt met de achterplaat (18), waarbij het oppervlak (16) van genoemde achterplaat ruw is.

5. Akoustische4transducent volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de electreetfolie (10) een eerste metallieke 10 laag (12) en een tweede als electreet fungerende polymeerlaag (14) omvat, waarbij de eerste laag en de tweede laag een rechthoekige vorm bezitten.

6. Akoustische transducent volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de electreetfolie (10) tot een vooraf vast-gestelde waarde electrostatisch is geladen.

7. Akoustische transducent volgens een van de voorafgaande conclu sies, met het kenmerk, dat een eerste. geleider (25) uitgaande van de electreetfolie (10) en een tweede geleider (24) uitgaande van het metalen oppervlak (20) van de achterplaat, zijn afgesloten door een connector zodat daartussen signalen kunnen worden overgedragen.

8. Akoustische transducent. volgens een van de voorafgaande conclu sies, met het.. kenmerk, dat de achterplaat. (18) een uit isolerend materi-aal gevormde Jaartvormige ketendrager'. omvat en het metalen oppervlak (20) selectief is aangebracht op een zijde van deze uit isolerend materiaal gevormde Jaartvormige ketendrager, waarbij het selectief gevormde.opper-25 vlak in breedte varieert gerekend langs de lengte-afmeting van genoemde ketendrager, en een metalen element (28) deze uit isolerend materiaal gevormde kaartvormige ketendrager draagt.

9. Akoustische transducent volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de electreetfolie een metalen laag (12) en een polymeerlaag (14) omvat, 30 waarbij de polymeerlaag in contact is met het metalen oppervlak (20) van de achterplaat (18), en de breedte van de metalen laag (12) van de electreetfolie van punt tot punt varieert volgens een vooraf vastgestel-de relatie en langs ten minste een gedeelte van de lengte-afmeting van de electreetfolie, teneinde zijlussen te vormen.

10. Akoustische transducent volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de electreetfolie (10) een polymeerlaag (14) en een metalen laag 820 4 5 1 0___________________________________ Γ ............'r' ; ; <*·.- i. -21- (12) omvat, waartoij de electreetfolie zodanig aan de achterplaat (18) is bevastigd dat de metalen laag (12) van de electreetfolie is toegekeerd naar de metallieke deklaag (20) van de achterplaat, en een tweede folie (66) boven de electreetfolie (10) is aangebracht, welke tweede electreet-5 folie (66) een tweede polymeerlaag (70) en een derde metalen laag (68) omvat, waarfeij de breedte van de metalen laag (68) van de tweede folie langs de lengte-afmeting van de tweede folie varieert.

11. Akoustische transdncent volgens de conclusies 9 of 10, met het kenmerk, dat de metalen laag (12) van de electreetfolie is bevestigd 10 aan het metalen oppervlak (20) van de achterplaat (18), en de breedte van de beide metalen lagen (12, 20) varieert volgens een voorafbepaalde • relatie en langs de lengte-afmeting van de achterplaat.

12. Akoustische transducent volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de achterplaat (18) metalliek is, de elec- 15 treetfolie boven de achterplaat wordt gedragen, en een metalen laag van de folie constant wordt geladen door een hulpgelijkspanning. 820 4 5 1 0 _____________________________