NL8204512A - Transducent van de als electreet aangeduide soort met een naar keuze gemetalliseerde achterplaat. - Google Patents

Description

............ ””................

i ϊ

• I

v.o.3sga '

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

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

5 Acoustische configuraties met een aantal afzonderlijke microfoons zijn bruikbaar om richtinggevoelige responsiekarakteristieken te verkrijgen, zoals ook is aangegeven in de Nederlandse octrooiaanvrage 8006821. Het is echter noodzakelijk dat elke van zulk een configuratie deel uitmakende oicrofoon tijdens de constsuctie 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 onnauwkettffig pcsitioneren van microfoons tijdens de constructie van een 15 akoustische configuratie wordt opgeheven wanneer gebruik wordt genaakt van een enkeie strook omvattende electreettransducent. De responsie-karakteristiek behorende bij een transducent van de als electreet aangeduide soort omvat een hoofdlus en een aantal zijlussen voorzover een en ander lager is dan een voorafvastgesteld dreapelniveau, hetgeen in hoofd-20 zaak hetzelfde is ails de microfoonconfiguratie die in het voorafgaande is beschreven.

In een voor de onderhavige uitvinding illustratieve uitvoerings-vozm, omvat een electreettransducent een miform dikke gemetalliseerde achterplaat die evenwijdig verlopend met een vlak oppervlak van een 25 electrostatisch geladen electraetfolie is aangebracht, waarbij de dikte van de electreetfolie volgens een vooraf vastgestelde relatie varieert.

De gevoeligheid van deze electreettransducent in elk willekeurig punt daarop is recht evenredig met de dikte van de electreetfolie.

De electreetfolie kan rechtstreeks op het ruwe gemetalliseerde 30 oppervlak van een achterplaat zijn aangebracht. Bij een altematieve uitvoeringsvorm kan de electreetfolie op een gekozen afstand verwijderd van de achterplaat zijn aangebracht waarbij isolerende elementen daartus-sen zijn geplaatst teneinde eea structurele drager te vormen.

8204512 -2- * ί *

Bij een andere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding kan de in het voorafgaande geno'emde electreetfolie zijn bevestigd aan het gemetalliseerde oppervlak van een achterplaat, waarbij een tweede folie die zich boven de electreetfolie bevindt, wordt gedragen. Het vlakke 5 oppervlak van de electreetfolie is toegekeerd naar de tweede folie die zich boven de electreetfolie bevindend wordt gedragen door iso-leerelementen. De tweede folie verloopt evenwijdig aan het vlakke oppervlak van de electreetfolie.

De uitvinding zal in het onderstaande nader worden toegelicht met 10 verwijzing naar de tekening waarin: fig. 1 een overzicht geeft van een uit elkaar genomen electreet- · transducent; fig. 2 een aanzicht geeft van een selectief gemetalliseerde achterplaat zoals gebruikt in de electreettransducent volgens fig. 1; 15 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 de electreettransducent volgens fig. 1 met elkaar in aanraking zijn; 20 fig. 5 geeft een responsiekarakteristiek van de electreettransducent volgens fig. 1; fig. 6 geeft een schema van een van de electreettransducent volgens fig. 1 afwijkende uitvoeringsvorm; fig. 7 geeft een schema van een electreettransducent bruikbaar om een 25 feitelijke luchtspleet te onderscheiden van een effectieve luchtspleet; • fign. 8/ 9 en 10 geven uitvoeringsvozmen van electreettransducenten verkregen door de feitelijke luchtspleet te varieren; fign. 11, 12 en 13 geven uitvoeringsvormen van electreettransducenten verkregen door het varieren van de effectieve luchtspleet; 30 fign. 14 en 15 geven uitvoeringsvormen van een electreettransducent verkregen doordat de dikte van de electreetfolie is gevarieerd; fign. 16, 17 en 18 geven elektrostatische ladingsverdelingen in het ploymeeroppervlak van de electreetfolie volgens fig. 1.

3ij een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding zijn zowel de aetalen · 35 laag van de electreet als wel de gemetalliseerde achterplaatlaag langs hun respectievelijke lengte-afmetingen gevarieerd.

8204512 -3- Γ Γ Ιη fig. 1 is een electreettransducent weergegeven waarvan de cnder-delen uit elkaar zijn genomen. Oit deze figuur blijkt dat een electreet-folie 10 twee lagen omvat: een bovenste metalen laag 12 en een onderste, uit een synthetisch harspolvmeer (zoals FEP TEFLON R)gevormde laag 14.

5 De polymeerlaag 14 draagt een electrostatische lading die een voorafbe-paalde waarde heeft. Bij een bepaalde toepassing is de electrostatische lading gelijlanatig over het geladen gebied verdeeld bij een spanning van -275 ± 3 volt. De metalen laag 12 heeft bij deze toepassing een dikte van ongeveer 2000 £ , de dikte van de polymeerlaag is ongeveer 25 micron.

10 Tevens is bij deze toepassing de electreetfolie 21-0,5 cm lang en 2-0,5 cm breed. Het desbetreffende oppervlak van de polymeerlaag 14 van de in het voorafgaande bedoelde electreetfolie is in rechtstreekse aan-raking met het ruwe oppervlak 16 van een selectief gemetalliseerde achter-plaat 18. Een dergelijke selectieve metallisatie wordt verkregen door 15 een laag (20) van een meta.nl neer te slaan op het van nature ruwe oppervlak 16 van de achterplaat 18, en wel zodanig dat de breedte w van de metalen laag langs de lengte van de achterplaat 18 gaande varieert volgens de functie:

JjEjvd-ξ ) f 3 ξ) < l (1) 20 w *-2TJ2- (1-0 ' J^jv) w = K, L ί ζ 5 1 (2) waarin, J. = Bessel functie van de eerste order 1 172 25 j = {-1)1 v = In (r+(r^-l) *^3; r * verhouding tussen de amplitude van de hoordlus en het zij-lusdrempelniveau in de responsiekarakteristiek die in het onderstaande zal worden beschreven met verwijzing naar fig.5? 30 . ξ genormaliseerde verplaatsing van elk willekeurig punt op de achterplaat ten opzichte van het midden daarvan? L = genormaliseerde verplaatsing van de achterplaat wear TCorbij de breedte van 'de mataallaag een constante, K is.

8204512 -4-

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 breedte die de metalen laag 16 op de achterplaat 18 in dat desbetreffende 5 punt heeft.

Volgens een andere mogelijkheid is de laag 12 van de in het vcor-• afgaande bedoelde electreetfolie selectief gemetalliseerd zodanig dat de breedte van de metalen laag gaande langs de lengte van de electreetfolie 10 varieert volgens de in het voorafgaande gegeven functies (1) en 10 (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 van de electreettransducent in elk willekeurig punt langs de lengte 15 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.

_ In het .kort; verwijzend naar fig. 5 wordt opgemerkt dat daarin 20 is weergegeven de totale responsiekarakteristiek van de electreettransducent voor 5067 Hz. De responsiekarakteristiek 2oals deze langs experimen-tele weg is bepaald, omvat een hoo'fdlus 30 en een aantal zijlussen 32, 34, 36, 38 en 40 die elk in hoofdzaak 30 dB onder het niveau van de bovenvermelde hoofdlus 30 liggen. Andere zijluspatronen zullen worden 25 verkregen voor andere freouenties. In elke situatie geldt echter dat de zijlus of zijlussen zich op of lager dan de drempel 35 zullen bevinden.-De corresponderende responsiekarakteristiek zoals deze langs theoretische . weg is bepaald is door onderbroken lijnen weergegeven. De verhouding r tussen de amplitude van de hoofdlus 30 en die van de drempel 35, d.i.

30 de zijlusamplitude, wordt zoals tot uitdrukking is gebracht in de bovenvermelde functies (1) en (2) gebruikt cm de breedte van de metalen laag te bepalen.

8204512 -5-

In hat kort verwijzend naar fig. 2 wordt opgemerkt dat daarin is weergageven sen bovenaanzicht van de achterplaat 18 die deal uitmaakt van de configuratie volgens fig. 1. Het in het voorafgaande genoemde ruwe oppervlak 16 van da achterplaat 18 omvat de door opdaapen of enige 5 andera geschikte methode naergeslagen metalen laag op het oppervlak 16 van de achterplaat 18. De achterplaat 18 kan zijn gemaakt van ketendraag-plaatmateriaal, waarin veelal openingen zijn aangebracht, of enig ander electrisch niet-geleidend materiaal.

De breedte van de metalen laag 20 is gedefinieerd door de in het 10 voorafgaande gegeven vergelijkingen (1) en (2). Op plaatsen gelegen langs de lengte van de metalen laag 20 en zich bevindend equidistant 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 constants K ISbij elk uiteinde van de metalen laag 20.

Zoals verder nit fig. 1 blijkt vormt een metalen stijl 24 die contact maakt met de metalen laag 20 op het oppervlak 16 van da achterplaat 18, een positieve electrische leiding met een (niet weergegeven) connector. Evenzo vormt een leiding 25 die contact maakt met de metalen 20 laag (12) van de electreetfolie (11) een neutrale (ofwel aard) electrische leiding gaande naar de in het voorafgaande genoemde connector (niet weergegeven). Hierdoor worden de akoustische signalen die invallen op de in het voorafgaande genoemde electreettransducent omgezet in electrische signalen die geschikt zijn voor electrische transmissie.

25 De in het voorafgaande genoemde stijl past in een opening 26 in een constructie-element 28 dat in een uitvoeringsvorm van koper is gemaakt, 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 da electreetfolie 10 in directe aanraking verkeert met het 30 gemetalliseerde ruwe oppervlak 16 van de achterplaat 18. De lcngitudinale zijden 27 en 29 van de electreetfolie 10 worden tegen de zijden 41 en 43 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 35 electreetfolie 10 vast aangehouden tegen het constructie-draagelement 28 8204512

I V

-6- door middel van .drukstukken'50, 52 en instelschroeven 54/ 56.

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 5 plafond via έέη of beide uiteinden 57, 59 worden gedragen. Ook is moge-lijk een uitvoering waarbij· de electreettransducent op een muur kan zijn 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 10 de samengestelde electreettransducent. Gemakshalve zijn in fig. 3 dezelfde verwijzingscijfers gebruikt als in de fign. 1 en 2.

Fig. 4 geeftcpeen vergrote sdiaal 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 1.4 van de 15 electreetfolie 10 maakt rechtstreeks contact met het ruwe oppervlak 16 van de achterplaat.18. Wegens de natuurlijke ruwheid van het oppervlak 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 20 dergelijke resonantiebeweging te verhinderen om spectraalpieken in de frequentieresponsiekarakteristiek van de electreettransducent te vermijden. Door het ongelijkmatige oppervlak 16 wordt de benodigde luchtspleet tus-sen de achterplaat 18 en de electreetfolie 10 gevormd.

In fig. 6 is een andere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvin-25 ding weergegeven. De electreetfolie 10 die een polymeerlaag 14 en een metalen laag 12 omvat, maakt rechtstreeks contact met de achterplaat 18 die een gemetalliseerd ruw oppervlak 16 omvat. Verder maakt de metalen laag 12 rechtstreeks contact met de gemetalliseerde laag 16. De polymeerlaag 14 is electrostatisch geladen totdat een voorafgekozen spannings-30 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 tweede folie 66 en de polymeerlaag 14 van de electreetfolie 10 zijn structureel van elkaar gescheiden door twee geisoleerde eindstoppen 62 35 en 64. Twee varianten zijn mogelijk door ofwel de breedte van de metalen 8204512 -7- lagen 16 en 12 te varieren pfwel door de breedte van de metalen laag 68 te varieren volgens de in het voorafgaande gegeven vergelij kingen (1) en (2)., terwijl de breedte van de resterende metalen lagen uniform blijft langs de gehele lengte van de laag. In elk gevalisda responsiekarakteris-5 tiek die wordt verkregen in hoofdzaak gelijk aan de in het voorafgaande behandelde responsiekarakteristiek, waarbij edn hoofdlus en een aantal zijlussen aanwezig zijn bij of beneden een voorafvastgesteld drempel-niveau,zoals in verband met fig. 5 in het voorafgaande werd behandeld. Zoals in het voorafgaande is uiteengezet is de gevoeligheid van de 10 electreettransducent langs elk willekeurig punt langs zijn lengte-af-meting recht evenredig met de breedte die de varierende metalen laag van de electreettransducent op die plaats heeft. De breedte van de varierende metalen laag van de electreettransducent is volgens de onder-havige uitvinding gegeven door de in het voorafgaande vermelde verge-15 lijkingen (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: Φ W - 4 ”!aSlUfMStel*t3c) (3) p A1-*- S(x) + +S (x) ffo ο 1 waarin, 7(x) * de gevoeligheid van de electreettransducent op een 20 afstand x vanaf het midden daarvan; σ(χ) = de ruimtelijke ladingsverdeling;

Sleff ^ = effectieve luchtspleetfiikte, die in het onderstaan-meer gedetailleerd zal worden beschreven; (x) * de werkelijke luchtspleetdikte, die in het onder- 25 staande nog nader gedetailleerd zal worden beschre- ven; 8204512 -8- w(x) = de breeate van de metalen laag genoemd in de vooraf- gaande. vergelijkingen (1) en (2); p = atmosferische druk; ro A = oppervlak van het vlakke oppervlak 16 van de elec- 5 treettransducent volgens fig. 2; . <- = meegevendheid van de electreetfolie; + » meegevendheid van lucht; en

Six) = dikte van de electreetfolie.

De in het voorafgaande genoemde responsiekarakteristiek is 10 uitgaande van de volgende vergelijking langs theoretische weg berekend

J . jkxSinS

m - -i Ttx)a u> S* f(x)dx wearin, 1 = lengte van de electreettransducent vanaf het midden tot 15 een uiteinde; -1 * lengte van de electreettransducent vanaf het midden naar het andere uiteinde; ψ(x} = gevoeligdheid van de electreettransducent op elke willekeurige afstand x vanaf het midden daarvan; 20 k * akoustisch golfnuamer; en R(Q) = responsie van de electreettransducent bij elke willekeurige 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 25 weergegeven getrokken lijnen 30, 32....40 representatief zijn voor de 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 30 de electreettransducent recht evenredig met de breedte van de metalen 8204512 Λ * -9- * laag, de dikte van de electreetfolie, de dikte van de effectieve lucht-spleet en de ruimtelijke ladingsverdeling, d.i. de electrostatische lading die op de electreetfolie aanwezig is. De gevoeligheid van de electreettransducent is tevens omgekeerd evenredig met de dikte van de 5 feitelijke luchtspleet. Door de in het voorafgaande genoemde parameters met een tegelijk te varidren volgens de in het voorafgaande gegeven vergelijking <X) 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 zttllen worden uiteengezet.

Een achterplaat 72 met een uniforne dikte t rust op een rug 74 die door een machinale bewerking in het inwendige van de cilinder 73 met een straal rQ en op een afstand hQ van het bodemoppervlak SO daarvan is 15 gevormd. De achterplaat 72 is voorzien van een aantal doorboringen S2 die elk een djamter bezitten van h^. Op de bovenkant van de cilinder 78 rust een electreetfolie 84 waarvan de dikte op een afstand Sj 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 folia 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 verwaarlooshare vervorming ondergaat, de dikte of diepts van de feitelijke luchtspleet in hoofdzaak constant. De feitelijke luchtspleet belnvloedt 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 volime 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: 8204512 -10- n h?t h + —=— + S. (5) 0.2 1 4 ro waarin, hQ = diepte van het volume lucht in het achterholte 88; n = aantal doorboringen 82; = diameter van elk van de doorboringen 82; 5 t * dikte van de achterplaat 72; r » straal van de cilinder 78; en o = dikte van de feitelijke luchtspleet.

De feitelijke luchtspleet belnvloedt 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 belnvloedt 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-afmet ingen h^ van deze stijlen 90 gerekend langs de lengte-afmeting van de electreettransducent 25 zijngegeven 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 2____________________________: -U- 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 als 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 polymeerlahg 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 electreettransdueent 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 elkaarmaken. Een tweede folie (niet weergegeven) is boven de electreetfolie 92 opgehangen, welke twee folies van 'r-'-— elkaar zijn gescheiden door de in het voorafgaande genoemde stijlen 90.

25 Fig. 10 is illustratief voor een andere uitvoeringsvorm van de electreettransdueent die is verkregen door het variiren 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 electreettransdueent varieren. De stijlen 108 vormen een struc- ' turele drager voor de electreetfolie 102. De dikte van de achterplaat 104 varieert langs de - , lengte-afmeting van de electreettransdueent 35 volgens de in het voorafgaande gegeven formules{6) en (7), met andere woorden de gevoeligheid van de electreettransdueent in elk willekeurig t . . 1 820 4 5 12------—-—--1 - - - 12- punt daarvan is omgekeerd evenredig met de dikte die de achterplaat aldaar heeft.

Bet 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 metalen 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 uitvoeringsvormen 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 achtezplaatoppervlak 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- . .

t folie 121 rechtstreeks op het oppervlak 118 is aangebracht, is de ' 820 4 5 1 2 __ . ' j - / •3 * -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 Inchtspleetdiepte gegeven door de in het voorafgaande gegeven vergelijkingen (1) en (21. De gevoeligheid f (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) . Uitgaande van de in het voorafgaande gegeven relatie (4) is de respoasiekarakteristiek langs theoretische weg berekend. De responsie zoals berekend uitgaande van de relatie (4) en de responsie zoals feitelijk gemeten zijn in hoofdzaak gelijk aan de responsiekarakte-15 ristieken zoals weergegeven in fig. 5.

De in fig. 12 weergegeven uitvoeringsvorm omvat een electreet-folie 123 en een achterplaat 122 waarin een aantal doorboringen 124 is aangebrackt 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 bevindeade 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 metal en laag van de electreetfolie in. rechtstreeks contact met de mstalen laag van de achter-35 plaat aangebracht. Een tweede folie is boven de electreetfolie 121, 123 ' of 127 aangebracht en deze folie wordt gedragen door isoleerelementen . 3 2 δΤΓίί.;___ - ' ! -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 komenuit 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 feiteis gemeten, zijn in hoofdzaak dezelfde als die welke zijn weergegeven in fig. 5.

Fig. 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 tfa - 1 - w(x) (8) t^ = 1 - K (9) 8204 5 1 2_________________j -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 nentrale (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 gevoeligheid, f(x) van de electreettransducent volgens fig. 15als 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 responsiekarakteristiek is in hoofdzaak gelijk 15 aan die welke is weergegeven in fig. 5.

Een andere uitvoeringsvorm 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 gevoeligheid 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. I

i 35 Een voorbeeld van een dergelijke methode is beschreven in een artikel .

ί i 3204512_j • * -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 Vein 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 configuratie 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 verschiliende 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 (10) 82 0 '· * 1 2 3”a ! ................................................................i ‘ -17-· waarin, σ = ladingsdichtheid, * = meegevendheid van polymeer, + = meegevendheid van omgevende lucht, 5 dj* diepte van electrostatische lading, d = dikte van polymeerlaag, en V = electrostatische spanning.

Fig. IS is illustratief 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 binnen een gekozen gebied langs de lengte-afmeting 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 ruimten 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. Aldus is de in elk punt 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 geillustreerd in fig. 5 een hoofdlus en een aantal zijlussen beneden een voorafge-kozen drenipel.

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 hulpstroom wordt toegevoerd. Met andere woorden wordt in plaats van een electrostatische lading die is geinduceerd in de folie, een 30 hulpgelijkspanning continue daaraan aangelegd vanaf een exteme gelijk-spanningsbroa .

Bovendien kan gebruik worden gemaakt van twee afzonderli jke folies namelijk een folie met een metalen laag en.een polymeerlaag, of een folie dat geheel uit metaal is gemeiakt.' Wanneer gebruik is ge-35 maakt van een folie met een polymeerlaag en een metalen laag, dient echter de metalen laag grenzend aein de achterplaat te worden aangebracht.

* — .-8-2-0- 45-4-2-—--—--! κ -18-

Bovendien dient de folie niet rechtstreeks op de achterplaat te warden 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.

\ * \ - 51-2------—-:-;—:-:-1

Claims (10)

1. Akoustische transducers met een richtinggevoelige responsie-karakteristiek met een hoofdlus en een aantal zijlussen die zich in hoofdzaak bevinden bij een vooraf vastgesteld drempelniveau/ welke transducent een achterplaat omvat, waarvan een oppervlak is bedekt met 5 een metalen laag, met het kenmerk dat een electreetfolie (fig. 14, 132} is uitgevoerd met een dikte die langs lengte-afmeting van de folie varieert volgens een vooraf vastgestelde relatie, waarbij een oppervlak (134) van de electreetfolie (132) in hoofdzaak vlak is en in hoofdzaak evenwijdig verloopt aan de achterplaat (130).

2. Akoustische transducent volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de dikte d van de electreetfolie (132) is gedefinieerd door de volgende vergelijking J.EjOM-ξ2)172] , * <3 = 2 1/2 ' Γ I < L α-rr' Jt(ju ) II d * jc / L 1 |s| 11 15 waarin, J. - een Bessel functie van de eerste orde; i - (-1)1/2 υ = lnfr+(r2-l)1/2]; r = verhouding tussen de amplitude van genoemde hoofd-20 lus en het genoemde zijlusdrempelniveau; ζ = genormaliseerde lengte van de afstand tussen elk willekeurig punt op genoemde achterplaat en het midden van deze achterplaat; en L - genormaliseerde lengte van genoemde achterplaat 25 waar voorbij genoemde dikte van genoemde folie een constants K is.

3. Transducent volgens de conclusies 1 of 2, met het kenmerk dat de electreetfolie (132) een metalen laag (142) en een polymeerlaag (136) omvat, waarbij de dikte van de polymeerlaag (136) langs de folie varieert 30 volgens de vooraf vastgestelde relatie# en de dikte van de metalen laag (142) in hoofdzaak uniform is. -820T512............; — i -20-

4. Transducent volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat een oppervlak (134) van de polymeerlaag (136) in hoofdzaak vlak is en het vlakke oppervlak in hoofdzaak evenwijdig verloopt aan de achterplaat (130).

5. Transducent volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de afstand tussen het vlakke oppervlak (134) van de polymeerlaag (136) en de achterplaat (130), langs de lengte-afmeting en de breedte-afmeting van de achterplaat in hoofdzaak uniform is.

6. Transducent volgens de conclusies 4 of 5, met het kenmerk, dat 10 het vlakke polymeeroppervlak (134) is toegekeerd naar het oppervlak van de achterplaat (136) dat is voorzien van de metallieke deklaag (137).

7. Transducent volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk.dat de electreetfolie (132) electrostatisch is geladen tot een vooraf vastgestelde waarde.

8. Transducent volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat een eerste geleider (133) die uitgaat vanaf de electreetfolie (132) en een tweede geleider (131) die uitgaat vanaf de metallieke deklaag (137) op de achterplaat (130), uitkomen op een connector (166) zodat signalen daartussen kunnen worden overgedragen.

9. Transducent volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat een oppervlak van de electreetfolie (fig. 15, 154) is bevestigd aan de achterplaat (150), zodanig dat de metalen laag (158) van de electreetfolie is toegekeerd naar de metallieke deklaag (152) van de achterplaat, waarbij een tweede folie (168) een polymeerlaag (170) 25 en een metalen laag (167) omvat, welke tweede folie (168) zich boven de . electreetfolie.(158) bevindend wordt gedragen.

10. Transducent volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de afstand tussen het vlakke oppervlak (156) van de polymeerlaag (154) en de tweede folie (168) langs de lengte-afmeting en de breedte-afmeting van \ 30 de tweede folie (168) in hoofdzaak uniform is. - 8204512