NL8204514A - Transducent van de als electreet aangeduide soort met een naar keuze gemetalliseerde achterplaat. - Google Patents

Description

sip-’-—-=—---— .....

·’ . ' «·· - '4 * V.Ο.3893

Transducer^ van de als electreet aangeduide soort met een naar keuze gemetalliseerde achterpiaat.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op akoustische stelsels * 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 rioodzakelijk dat elke van zulk een configuratie deel uitmakende microfoon tijdens de constructie van de configuratie 10 nauwkeurig op zijn plants 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 betreffer.de het onnauwkeurig positioneren van microfoons tijdens de constructie van een 15 akoustische configuratie wordt opgeheven wanneer gebruik wordt gesaakt van een enkele strook omvattande electreettransducent. De respcnsie- gt.iek 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 hetzelffie is als de microfoonconfiguratie die in het voorafgaande is beschreven.

In een voor de onderhavige uitvinding illustratieve uitvoe-ringsvorm omvat een electreettransducent een gemetalliseerde achterpiaat en een daarboven aangebrachte electrostatisch geladen electreetfolie.

25 De electrostatische lading varieert langs de lengte-afmeting van de electreetfolie volgens een vooraf vastgestelde relatie. De gevoelig-heid van deze electreetf olie in elk willekeurig punt daarop, is recht evenredig met de zich aldaar bevindende electrostatische lading. In een andere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding is de genoemde elec-30 treetfolie aan het metalen oppervlak van de achterpiaat bevestigd. Een tweede folie wordt zich boven de electreetfolie bevindend gedragen door een door isoleerelementen gevormde structuur. De electrostatische lading van de tweede electreetfolie varieert volgens een vooraf vastgestelde relatie.

8204514 V * .

-2-

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; 5 fig. 2 een aanzicht geeft van een selectief gemetalliseerde achterplaat zoals gebraikt 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 lOillustratie van de wijze waarop de electreetfolie en de achterplaat in de electreettransducent volgens fig. 1 met elkaar in aanraking zijn; fig. 5 geeft een responsiekarakteristiek van de electreettransducent volgens fig. 1? fig. 6 geeft een schema van een van de electreettransducent volgens 15 fig. 1 afwijkende uitvoeringsvorm; fig. 7 geeft een schema van een electreettransducent bruikbaar om ee feitelijke luchtspleet te onderscheiden van een effectieve luchtspleet; fieri. 8/ 9 en 10 geven uitvoeringsvormen van electreettransducenten verkregen door de feitelijke luchtspleet te varieren; 20 fign. 11, 12 en 13 geven uitvoeringsvormen van electreettransducenten verkregen door het varieren van de effectieve luchtspleet; 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 25 ploymeeroppervlak van de electreetfolie volgens fig. 1.

Bij een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding zijn zowel de metale . 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-30 delen uit elkaar zijn genomen. Oit deze figuur blijkt dat een electreetfolie 10 twee lagen omvat: een bovenste metalen laag 12 en een onderste, uit een svnthetisch harspolymeer (zoals F2P 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 35 lading gelijkmatig 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 2 , de dikte van de polymeerlaag is ongeveer 25 micror 8204514 . -3- *•4

Tevens is bij deze toepassing de electreetfolie 21-0,5 cm lang en 2-0,5 cm breed. Bet desbetreffende oppervlak van de polymeerlaag 14 van de in het voorafgaande bedoelde electreetfolie is in rechtstreekse aan-raJcing met het ruwe oppervlak IS van een selectief gemetalliseerde achter-5 plaat 18. Een dergelijke seleetieve metallisatie wordt verkregen door een laag (20) van een metaal 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: 10 J^Wl-cV''2] ξ <L (1) w --γγπ-- o-rr' Jx(jv)

w » K, L £ ζ S 1 (2) I

waarin, I

15 = Bessel functie van de eerste orde; I

v = In [r+(r2-l)1/2]; I

r » verhouding tussen de amplitude van de hoofdlus en het zij- I

lusdrempelniveau in de responsiekarakteristiek die in het I

20 onderstaande zal warden beschreven met verwijzing naar fig.5? I

ξ genormaliseerde verplaatsing van elk willekeurig punt op de I

achterplaat ten opzichte van het midden daarvan? I

L » genormaliseerde verplaatsing van de achterplaat waar voorbij de I

breedte van de metaallaag een constante, Kis.

25 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 H

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

30 Volgens een andere mogelijkheid is de laag 12 van de in het voor- I

afgaande bedoelde electreetfolie selectief gemetalliseerd zodanig dat H

de breedte van de metalen laag gaande langs de lengte van de electreet- H

folie 10 varieert volgens de in het voorafgaande gegeven functies (1) en H

(2). Bij deze uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding is de breed- H

35 te van het metalen oppervlak 16 van de achterplaat 18 langs de lengte H

8204514 I

ϊ ' -4- van deze achterplaat 18 uniform. Bij een constante ladingsdichtheid, constante luchtspletsn en een constante foliedikte, is de gevoeligheid van de electreettransducent in elk willekeurig punt langs de lengte daarvan recht evenredig met de breedte die de metalen laag 12 van de 5 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 is weergegeven de totale responsiekarakteristiek van de electreettransdu-10 cent voor 5067 Hz. De responsiekarakteristiek zoals deze langs experimen-tele weg is bepaald, omvat een hoofdlus 30 en een aantal zijlussen 32, 34, 36, 38 en 40 die elk in hoofdzaak 30 ds onder het niveau van de bovenvermelde hoofdlus 30 liggen. Andere zijluspatronen zullen worden verkregen voor andere frequenties. In elke situatie geldt echter dat de 15 zijlus of zijlussen zich op of lager dan de drempel 35 zullen bevinaen.

De correspcnderende 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. de zijlusamplitude, wordt zoals tot uitarukking is gebracht in de boven-20 vermelde functies (1) en (2) gebruikt om de breedte van de metalen laag te bepalen.

In het kort verwijzend naar fig. 2 wordt opgemerkt dat daarin is weergegeven een bovenaanzicht van de achterplaat 18 die deel uitmaakt van de configuratie volgens fig. 1. Het in het voorafgaande genoemde 25 ruwe oppervlak 16 van de achterplaat 18 omvat de door opdampen of enige andere geschikte methode neergeslagen metalen laag op het oppervlak 16 van de achterplaat 18. De achterplaat 18 kan zijn gemaakt van ketendraag-plaatmateriaal, waarin veelal open ingen zijn aangebracht, of enig ander electrisch niet-geleidend materiaal.

30 De breedte van de metalen laag 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 ten opzicnte van en ter weerszijden van het midden, is de breedte van de metalen laag hetzelfde. Voorbij een voorafvastgestelde, genormali-35seerde lengte L van de metalen laag 20, blijft de breedte een constante K bij elk uiteinde van de metalen laag 20.

8204514 * % -5-

Zoals verder tilt. fig. 1 blijkt vormt een metalen stijl 24 die contact maakt mat de metalen laag 20 op het oppervlak 16 van de achter-plaat 18, een positieve electrische leiding met een (niet weergegeven) connector. Evenzo vormt een leiding 25 die contact maakt met de metalen 5 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.

10 De in het voorafgaande genoemde stijl past in een opening 26 in een constructie-element 28 dat in een uitvoeringsvorm van koper is ge-maakt, en dat dient om de achterplaat 18 te dragen. De electreetfolie 10 is over de achterplaat 18 heen liggend aangebracht, waarhij de polymeer-laag 14 van de electreetfolie 10 in directe aanraking verkeert met het I5gemetalliseerde ruwe oppervlak 16 van de achterplaat 18. De longitudinale 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 plants gehouden door een aan-tal instelschroeven 46, 48. Evenzo worden de uiteinden 57 en 59 van de 20 electreetfolie 10 vast aangehouden tegen het constructie-draagelement 28 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 weergegeven) . In een andere uitvoering lean de electreettransducent vanaf een 25plafond via ddn of beide uiteinden 57, 59 worden gedragen. Ook is moge-lijk een uitvoering waarhij- 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 30 de samengestelde electreettransducent. Gemakshalve zijn in fig. 3 dezelfde verwijzingscijfers gebruikt als in de fign. 1 en 2.

Pig. 4 geeftepeen 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 1.4 van de 35 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 8204514 -6- rechtstreeks contact wordt gemaakt met de folie 10/ zodat een resonantie-fa ewe ging van genoemde folie 10 wordt verfainderd. Het is nodig om een dergelijke resonantiebeweging te verhinderen om spectraalpieken in de frequentieresponsiekarakteristiek van de electreettransducent te veraijden.

5 Door het ongelijkmatige oppervlak 16 wordt de benodigde luchtspleet tus-sen de achterplaat IS en de electreetfolie 10 gevormd.

In fig. 6 is een andere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvin-ding weergegeven. De electreetfolie 10 die een polymeerlaag 14 en een' metalen laag 12 oavatf maakt rechtstreeks contact met de achterplaat 18 10 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 scannings-niveau is bereikt.

Over de electreetfolie is een tweede folie 66 aangefaracht dat een 15 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 en 64. Twee varianten zijn mogelijk door ofwel de fareedte van de metalen lagen 16 en 12 te varieren ofwel door de fareedte van de metalen laag 68 20 te varieren volgans de in het voorafgaande gegeven verge1ijkingen (1) en (2)./ tsrwijl de fareedte van de resterende metalen lagen uniform blijft langs de gehele lengte van de laag. In elk gevalisderesponsiekarakteris-tiek die wordt verkregen in hoofazaak gelijk aan de in het voorafgaande faehandelde responsiekarakteristiek/ waarfaij een hoofdlus en een aantal 25 zijlussen aanwezig zijn bij of beneden een voorafvastgesteld drempel-niveau/Zoals in verfaand 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 fareedte die de varierende metalen laag 30 van de electreettransducent op die plaats heeft. De fareedte van de varierende metalen laag van de electreettransducent is volgens de onderhavige uitvinding gegeven door de in het voorafgaande vermelde verge-lijkingen (1) en (2). De gevoeligheid Ψ (x) van de transducent op elke willekeurige langs zijn lengte-afmeting gemeten afstand ten opzichte van 35 het midden van de electreettransducent is gegeven door de vergelijking: Ψ (χ) . 4 TO<«SleffU)Ste)Hlx) {3) p A1* S(x) + -ί-S, (x) ο o x waarin 6204514 -7- H' (x) = de gevoeligheid van de electreettransducent op een afstand x vanaf het midden daarvan; σ(χ) = de ruimtelijke ladingsverdeling;

Sleff * <3e effectieve luchtspleetdikte, die in het onderstaan-2 meer gedetailleerd zal worden beschreven; S.(x) * de werkelijke Xuchtspleetdikte, die in het onder-

Jr staande nog nader gedetailleerd zal worden beschre-. ven; w(x) * de breedte van de metalen laag genoemd in de vooraf- gaande. vergelijkingen (1) en (2)?

Po = atmosferische druk; A * oppervlak van het vlakke oppervlak 16 van de elec- treettransdncent volgens fig. 2; + = meegevendheid van de electreetfolie; 15 = 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 M . («, *1 ?(x)dx 20 waarin, 1 = lengte van de electreettransducent vanaf het midden tot een uiteinde; -1 « lengte van de electreettransducent vanaf het midden naar het andere uiteinde; 25 ψ(χ) = gevoeligdheid van de electreettransducent op elke willekeurige afstand x vanaf het midden daarvan; k = akoustisch golfnummer;en R(Q) * responsie van de electreettransducent bij elke willekeurige hoek Θ gegeven als de hoek tussen een invallende 30 akoustische golf en het oppervlak van de transducent.

Opnieuwe terugkomend op fig. 5 wordt opgemerkt dat de aldaar weergegeven getrakken lijnen 30, 32....40 representatief zijn voor de feitelijk gemeten responsiekarakteristiek. De corresponderende responsiekarakteristiek die langs theoretische weg is berekend uitgaande van de 35vergelijking (4) is weergegeven door onderbroken lijnen.

8204514 m -8- V v .

Zoals aangegeven in de vergelijking (3) is de gevoeligheid van de electreettransducent recht evenredig set de breedte van de metalen laag, de dikte van de electreetfolie, de dikte van de effectieve lucht-spleet en de ruiatelijke ladingsverdeling, d.i. de electrostatische 5 lading die op de electreetfolie aanwezig is. De gevoeligheid van de electreettransducent is tevens omgekeerd evenredig met de dikte van de feitelijke luchtspleet. Door de in het voorafgaande genoeade parameters met een tegelijk te varieren volgens de in het voorafgaande gegeven vergelijking {1) wordt de gewenste responsiekarakteristiek zoals weerge-10 geven in fig. 5 verkregen.

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

Een achterplaat 72 met een uniforme dikte t rust op een rug 74 15 die door een machinale bewerking in het inwendige van de cilinder 78 met een straal r en od een afstand h van het bodemopoervlak 80 daarvan is o o 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 S^ vanaf het 20 bovenoppervlak van de achterplaat 72 is aangeduid door S. Wegens het cewicht van de electreetfolie 84 en trillingen veroorzaakt door de ge-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 25 zich bevindt tussen de electreetfolie 84 en de achterplaat 72. Zoals in het voorafgaande is vermeld is, aangezien de electreetfolie 84 slechts een verwaarloosbare vervorming ondergaat, de dikte of diepte van de feitelijke luchtspleet Sj in hoofdzaak constant. De feitelijke luchtspleet belnvloedt het electrisch gedrag van het systeem. Naarmate de 30 afstand tussen de electreetfolie 84 en de achterplaat 72 kleiner is, zal . het uitgangssignaal zoals teweeggebracht door de electreetfolie 84 ster-ker zijn.

De effectieve luchtspleet is gegeven als de som van het volume van da lucht in de achterholte 68, en het volume van de lucht die zich 35 in het aantal doorboringen 82 en in de feitelijke luchtspleet 86 bevindt. De dikte of diepte van de effectieve luchtspleet is gegeven door de volgende uitdrukking: 8204514 - 9** » « n h?t h + -+ S. (5) 0.2 1 4 ro waarin, h * dieote van het volume lucht in het achterholte 88? o n > aantal doorboringen 82? hj = diameter van elk van de doorboringen 82? 5 t = dikte van de achterplaat 72 ? r * straal van de cilinder 78 ? en 0 s 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 uitdrukkingea feitelijke luchtspleet en effectieve luchtspleet duidelijk te maken, gelaen 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 » (ν(χ)Γ1 (6) h » fK)”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 electreettransduc ent omgekeerd evenredig is met de hoogte van stijlen die in dat punt aanwezig zijn. Op elk willekeurig punt ' ' 820 4 5 1 4..................r___!

* V

-10- 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 polymeerlaag 96. 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 i 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 i.

dat de hoogte-afmetingen van de stijlen. 108 langs:de lengte-afmeting van deze electreettransducent 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 electreettransducent 35 volgens de in het voorafgaande gegeven formules (6) en (7), met andere woorden de gevoeligheid van de electreettransducent in elk willekeurig 820 4 5 1 4 _____ . | .. - * _··.·· * -11- punt daarvan is omgekeerd evenredig met de dikte die de achterplaat Φ 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 metalen laag 101 en een electrostatisch geladen polymeerlaag 112. Een neutrale (of aard) geleider ill 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 electreettransducenten 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 Hear 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 achterplaatoppervlak 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 ___________ 820 4 5 1 4 _ " j- -1(2- 9 χ. .

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 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 T (x) is gegeven door de in het voorafgaande genoemde vergelijking (3) . Uitgaande 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 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 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 hevindende 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 Cl) 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 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 j ...... "iWvsTr: · -I - Γ ;:5SR:‘ a.

• * * -13- .

zoals veergegeven 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 open ingen 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 vergelijkingen (1) en (2}. Deze groeven verlopen evenwijdig aan de breedte-af-10 meting van de achterplaat.

In fig. 14 is een electreettransducent veergegeven 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 metal en laag 142. Ben vlak oppervlak 134 van de polymeerlaag 136 is rechtstreeks aangebracht op een van nature ruw oppervlak 135 van een achterplaat 130. Op het oppervlak 138 van de achterplaat 130 is een dunne metalen laag 137 aangebracht. Ben 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 geyoeligheid f(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 veergegeven in fig. 5.

Fig. 15 geeft een .andere uitvoeringsvorm van de onderhavige uit-30 vinding vaarbij 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 van de achterplaat 150 is gegeven door de volgende vergelijkingen 35 - 1 - w(x) (8) tfc “ 1 ~ K (9) - . i - - 821441-14—-——-;-:-i - -14-

Een tweede folie 168 bevindt zich boven de electreetfolie 154 en welke 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. Ben neutrale (of aard) elektriscbe geleider 153 is bevestigd aan het metalen oppervlak 167 van de tweede folie 168 en een positieve geleider 155 is bevestigd aan de metalen lagan 158 en 152 die met elkaar in aanraking zijn. De elektriscbe geleiders 153 en 155 komen uit op een connector 166.

10 De gevoeligheid/ Ψ(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 vergeli jkingen . (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 plants 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 . i 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 35 Een voorbeeld van een dergelijke methode is beschreven in een artikel ·

"8204514 _J

---- · · -irapr:*.· —1·5- 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 i1974).

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 lenffte-afineting 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. 1,en dat volgens een alteroatieve 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 ladlngsverdellng 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 a in elk willekeurig punt is gegeven door de verge- _ 35 lijking ^ v _ _ o (10) "-^ia 82 0 4 51 4 _ a _j.

» ψ -16- waarin, σ = ladingsdichtheid, + = meegevendheid van polymeer, *· = meegevendheid van omgevende lucht, 5 d^= diepte van electrostatische lading, d = dikte van polymeerlaag, en V = electrostatische spanning.

Fig. 18 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-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 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 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 hulpstroom wordt toegevoerd. Met andere woorden wordt in plaats van een electrostatische lading die is gelnduceerd in de folie, een· 30 hulpgel ijkspanning continue daaraan aangelegd vanaf een exteme gelijk-spanningsbron .

Bovendien kan gebruik worcten 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 van een folie met een polymeerlaag en een metalen laag, dient i echter de metalen laag grenzend aan de achterplaat te worden aangebracht; 820 4 5 1 4 . - Ί *' - * -17-

Bovendien dient de folie niet rechtstreeks op de achterplaat te worden geplaatst. In plants daarvan dient de folie boven de achterplaat te worden gedragen zoals een constructie waarbij gebruik is ge-maakt van isolearmlddelen 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

V : i 82045 1 4 _|

Claims (10)

1. Akoustische transducent met een richtinggevoellg responsiepa-troon met een hoofdlus en een aantal zijlussen die zich in hoofdzaak bij een vooraf vastgesteld drempelniveau bevinden, omvattende een achterplaat en een electreetfolie, met het kenmerk dat de electrostati- 5 sche lading die in de electreetfolie (10) aanwezig is ruimtelijk is ver-deeld naar evenredigheid met een vooraf vastgestelde relatie.

2. Transducent volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de vooraf vastgestelde relatie van de electrostatische lading is gedefinieerd door ' J.Ejn (1-ξ2)1/2] 10 __ , ξ < L (l-ζ2)1/2J|(ju ) K# L. _< Ιξ < 1 vaarin, = een Bessel functie van de eerste orde; 15 j = (-1)1/2 ? u - In Cr+(r2-l)1/2]7 r = verhouding tussen de amplitude van genoemde hoofdlus en het genoemde zijlusdrenpelniveau; ζ = genormaliseerde lengte tussen elk 20 willekeurig punt op genoemde achterplaat en het midden van deze achterplaat; en L = genormaliseerde lengte van genoemde achterplaat waar voorbij genoemde electrostatische . lading een constante K is.

3. Transducent volgens de conclusies 1 of 2, met het kenmerk dat een oppervlak van de achterplaat (18) is voorzien van een metallieke deklaag (20).

4. Transducent volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk dat de electreetfolie (10) een metalen laag (12) en een 30 polymeerlaag (14) omvat, waarbij de polymeerlaag naar het metallieke oppervlak (20) van de achterplaat is toegekeerd.

4 V -18-

5. Transducent volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de electro- 8204514 t , t * ........ -19- statische lading langrs de lengte-afmeting van de polymeerlaag (14) volgens de vooraf vastgestelde relatie verdeeld is aangebracht.

6. Tranducent volgens de conclusies 4 of 5, met het kenmerk, dat de electrostatische lading in elk willekeurig punt langs de lengte-afme- S ting van de polymeerlaag (14) langs de breedte van de polymeerlaag in dat punt uniform is.

7. Transducent volgens de conclusies 4 of 5/ met het kenmerk/ dat de electrostatische lading in elk willekeurig punt langs de lengte-afmeting van de polymeerlaag (14), langs de gehele breedte van de 10 polymeerlaag in het desbetreffende punt niet-uniform is.

8. Transducent volgens een van de voorafgaande conclusies 4 t/m 7, met het kenmerk dat de electrostatische lading in elk willekeurig punt langs de lengte-afmeting van de polymeerlaag (14) in hoofdzaak het-zelfde is qp gelijke afstanden vanaf en ter weerszijden van een midden- 15 lijn, evenwijdig verlopend aan.de korte zijde van de polymeerlaag.

9. Transducent volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de electreetfolie is bevestigd aan de achterplaat (10) zodanig dat de metalen laag (12) van de electreetfolie naar de metallleke deklaag (20) van de achterplaat (10) is toegekeerd, waarbij 20 een tweede folie (fig. 6, 66) die een polymeerlaag (70) en een metalen laag (68) omvat, zich boven de electreetfolie bevindend wordt ge-dragen.

10. Transducent volgens een van de voorafgaande conclusies 4 t/m 8, met het kenmerk, dat de electreetfolie direct op de achterplaat daarop 25 is aangebracht, waarbij een eerste gebied van de polymeerlaag electrostatisch is geladen met een negatieve lading, de breedte-afme-ting van het eerste gebied langs de lengte-afmeting van de polymeerlaag varieert, en het overblijvende gedeelte van de polymeerlaag electrostatisch is geladen met een positieve lading. 8 204 514