SE453349B - Akustisk omvandlare med ett riktningsdiagram innehallande en huvudlob och ett flertal i huvudsak vid en forutbestemd troskelniva liggande sidolober - Google Patents

Description

15 20 25 '30 placerad på något valt avstånd från motelektrodplattan och därvid. uppbäres av isolerande element.

Vid en annan utföringsform kan elektretfolien vara fäst vid motelektrodplattans metalliserade yta, varvid en ytterligare folie medelst isolerande element hålles uppspänd ovanför den förstnämnda folien. Den förstnämnda foliens plana yta vetterwmot_den ytterli- gare folien och är parallell med denna.

Uppfinningen beskrives närmare nedan under hänvisning till bifogade ritning. Pig. 1 visar en demonterad_elektretomvandlare.

Pig. 2 visar en selektivt metalliserad motelektrodplatta-som kan. användas i elektretomvandlaren enligt fig. 1. Pig. 3 visar en iso: mefrisknvy .sf/__ flelekfrtefømviandlarsn .iwfiß .IífêPxngtí:ššïáfsrjs3l_l;íäfeêïiuö.f Pig. 5 visar i förstorad skala kontakten mellan elektretfolien och motelektrodplattan i elektretomvandlaren i fig. 1. Pig. S visar» . riktningsdiagrammet för elektretomvandlaren i.fig:«3«#Pig.»6ævisar en annan utföringsform av elektretomvandlaren i fig.*l; Pig. 7 vi; sar en elektretomvandlare som kan användas för att skilja mellan faktiskt luftgap och effektivt luftgap. Pig. 82 9 och 10 yisarvute föringsformer av elektretomvandlare utförda med varierande_faktiskt luftgap. Pig. 11, 12 och 13 visar utföringsformer av elektretomvand- lare utförda med varierande effektivt luftgap. Pig. 1H och 15 visar utföringsformer av elektretomvandlare utförda med varierande tjock- lek på elektretfolien. Pig. 16, 17 och 18 visar elektrostatiska i laddningsfördelningar på polymerytan av den i fig. 1 visade elektret- folien. V _ I fig. 1 visas en elektretomvandlare med sina beståndsdelar' demonterade. En elektretfolie 10 visas bestå av två skikt: ett övre metallskikt 12 och ett undre skikt 1H av syntetisk hartspolymer"(sâ- som PEP TEPLO . Polymerskiktet 1H är elektrostatiskt uppladdat till ett förutbestämt värde. Vid ett utförande är den elektrosta- tiska laddningen likformig över den laddade ytan och uppgår till 10 15 20 25 30 -215 i 3 voit. Metailskiktet 12 av vid detta utförande omšplng'“ 2000 Å tjockt, och polymerskiktet omkring 25 pm tjockt. Vid detta utförande är elektretfolien 21,5 cm lång och 2,5 cm bred. ' Den fria ytan av elektretfoliens 10 polymerskikt 14 .gör direkt kontakt med den ojämna ytan 16 på en selektivt metalliserad motelektrodplatta-18% Selektiv metallisering.uppnås genom utfall? ning av ett metallskikt 20 på motelektrodplattans 18 naturligt skrovliga yta 18 så att metallskiktets bredd w varierar längs plat- tans 18 längd i enlighet med relationen - J1[1v<1-:2>1/21 = ____É_f7É“_-___- w (1_š )l Jl(Jv) om |š|«< L ti) w = K om L:S|§| g 1, (2) där Jl =_§esselfunktion_av det första slaget V = ln [r+( r2-l)l/2] r = förhållandet mellan huvudlobens amplitudïoch sidlobs- tröskelyärdet i riktningsdiagrammet, såsom kommer att beskrivas nedan under hänvisning till fig. 5; § = normerat distansvärde för en punkt på motelektrodplat- tan med avseende på plattans mitt; samt L = normerat distansvärde på motelektrodplattan för en punkt bortom vilken metallskiktets bredd har ett konstant värde K. _ Vid konstant laddningstäthet, konstanta luftgap och konstant folie- tjocklek kommer elektretomvandlarens känslighet vid en godtycklig punkt utefter omvandlarens längd att vara direkt proportionell mot bredden av det på plattan 18 belägna metallskiktet 16 vid denna punkt.

Alternativt är elektretfoliens 10 skikt 12 selektivt metalli- serat så att bredden på metallskiktet varierar utefter foliens 10 längd i överensstämmelse med relationerna (1) och (2). Vid denna utföringsform av uppfinningen har motelektrodplattans 18 metallyta ”iío 15 20 25 30 35 453 349 16 konstant bredd utefter plattans 18 längd. Vid konstant ladd- ningstäthet, konstanta luftgap och konstant folietjocklek kommer, elektretomvandlarens känslighet vid en godtycklig punkt utefter omvandlarens längd att vara direkt proportionell mot bredden av foliens 10 metallskikt 12 vid denna punkt. Det erhållna-riktnings- diagrammet blir i huvudsak som det tidigare nämnda, i fig. 5 visae de riktningsdiagrammet.

För att kortfattat hänvisa till fig. S, visas däri riktnings- diagrammet_förjelektretomxandlaren¿vid,S067_Hz.,Såsom¿faststålltsn-n eXPePï¶ePɧ}š§Mŧ¶§§ållermdetta"riktningsdiagramlenlhuvudloba30~»~»~ aan ¿{c flertal sidloben az, su, as, ae, no, vilka var och en lig- ger omkring 30 dB under huvudloben. För andra frekvenser erhålles andra sidlobsmönster. Vid varje dylikt fall ligger sidloben resp. -loberna vid eller under ett tröskelvärde 35. Motsvarande - teo4 retiskt bestämda - riktningsdiagram visas med streckade linjer." Förhållandet r mellan huvudlobens 30 amplitud och tröskelvärdet 35, dvs. sidlobsamplituden, används i enlighet med ovanstående relationer (1) och (2) för bestämning av metallskiktets tjocklek.h _ Å _.

I fig. 2 visas i planvy motelektrodplattan 18 enligt fig. 1.

Plattans skrovliga yta 16 är försedd med metallskiktet 20, som av-: satts på denna yta genom förångning eller någon,annanilämpligimetod.

Plattan 18 kan vara gjord av mönsterkortsmaterial, ofta med genom-I gående hål, eller av något annat elektriskt oledande materialg A _ _Metallskiktets 20 bredd är definierad av-ovannämndaårëlationer_ (1) och (2). Metallskiktet 20 har samma bredd vid punkter belägna på var sin sida om och lika långt från skiktets mitt. Utanför en förutbestämd, normerad längd L av metallskiktet 20, har bredden ett konstant värde K vid vardera skiktänden. I Hänvisning sker nu åter till fig. 1. Ett metallstift 24, som står i kontakt med metallskiktet 20 på plattans 18 yta 16, bildar en positiv elektrisk ledare till ett anslutningsdon (visas ej). På_ motsvarande sätt bildar ledningen 25, som står i kontakt med elek¥ tretfoliens 10 metallskikt 12, en neutral förbindelse (eller "jord- förbindelse") med nyssnämnda anslutningsdon. Härigenom kommer de akustiska signaler som träffar elektretomvandlaren att omvandlas till elektriska, för överföring lämpliga signaler.

Stiftet 24 passar i en öppning 26 i ett som stödorgan funge- rande konstruktionselement 28 avsett att uppbära motelektrodplattan 18 och vid ett utförande tillverkat av mässing. Elektretfolien 10 10 15 20 25 30 35 NO 5 453 349 är lagd över plattan 18 så att dess polymerskikt 1U står i direkt kontakt med plattans 18 metalliserade, skrovliga yta 16. Elektret- foliens 10 längssidor 27 och 29 pressas medelst inspänningselement H2 och HH mot stödorganets 28 sidor H1 resp. 43. Ett antal fäst- skruvar H6, H8 håller inspänningselementen H2, 44 på plats. Vidare är brickor 50, S2 och fästskruvar SN, 56 inrättade att hålla elektretfoliens 10 ändar S7, 59 stadigt mot stödorganet 28.

Den hopmonterade elektretomvandlaren kan uppbäras vertikalt genom att man skjuter in änden S7 i en sockel (visas ej). Vid ett annat arrangemang kan elektretomvandlaren-vara-upphängd~från*taket' i ena eller båda ändarna S7, 59. Enligt ett ytterligare arrangemang kan elektretomvandlaren vara placerad vid en vägg. Vid vart och ett av dessa fall inriktas elektretomvandlêren så att dess huvudlob 30 (fig. S) sträcker sig mot ett visst målområde. V I fig. 3 visas en isometrisk vy av ett parti av den hopmonte- rade elektretomvandlaren. För enkelhets skull används samma hänvis- ningsbeteckningar som i fig. 1 och 2. .

Pig. H visar i förstoring kontaktområdet mellan elektretfolien 10 och motelektrodplattan 18 enligt fig. 1. Foliens 10 polymerskikt 14 står i direkt kontakt med plattans 18 skrovliga yta 16. Till följd av ytans 16 naturligaïskrovlighet, kommer-denna»att:vara~för-~ sedd med ett flertal naturliga åsar eller upphöjningar som står i; direkt kontakt med folien 10 så att resonansrörelser i denna för- hindras. Dylikt förhindrande av resonansrörelser är nödvändigt för att man skall undgå spektraltoppar i omvandlarens frekvenskurva.

Den ojämna ytan 16 ger upphov till det erforderliga luftgapet mel- lan plattan 18 och folien 10. ' I fig. 6 visas en annan utföringsform av uppfinningen. Elek- tretfolien 10, som består av polymerskiktet 1H och metallskiktet 12, står i direkt kontakt med motelektrodplattan 18, vilken är försedd- med en metalliserad, skrovlig yta 16. Metallskiktet 12 står härvid i direkt kontakt med den metalliserade skiktytan 16. Polymerskiktet är elektrostatískt uppladdat till en förutbestämd spänningsnivå.

En andra folie 66, bestående av ett metallskikt 68 och ett polymerskikt 70, är uppspänd ovanför elektretfolien 10. Två isole- rande ändstopp 62 och 6H åstadkommer ett mellanrum mellan den andra foliens 66 polymerskikt 70 och elektretfoliens 10 polymerskikt 1%.

Två varianter är möjliga därigenom ett man låter bredden variera antingen hos metallskikten 16 och 12 eller hos metallskiktet 68, varvid ifrågavarande variation står i överensstämmelse med rela- _ _ Ü, 1,, _,,._ 45; 349 6 J 4:.; se tionerna (1) och (2) och varvid de övriga metallskiktens bredd hålles konstant utefter respektive skikts hela längd. I båda fal-I len blir det erhållna riktningsdiagrammet i huvudsak detsamma som. det tidigare nämnda riktningsdiagrammet, nämligen en huvudlob och 5 ett antal sidlober vid eller under en förutbestämd tröskelnivå, jämför fig. S.

Såsom redan nämnts är elektretomvandlarens känslighet vid en viss punkt direkt proportionell mot bredden på det varierande metall- skiktet vid denna punkt. Bredden på elektretomvandlarens varierande 10 metallskikt ges i enlighet med föreliggande uppfinning av de ovan nämnda relationerna (1) och (2). Omvandlarens känslighet 41 (x) vid ett visst längdavstånd från omvandlarens mitt ges av relationen. där nä (x) 15 f(x) S1eff(*) Sl(x) 20 w(x) 25 S o S(x) Det ovan relationen 47TfTx)S1eff(x)S(x)w(x) vo^[f°S(x) + 6 S1(x)] -f- (x) = (3) elektretomvandlarens känslighet vid avståndet I från omvandlarens mitt; ”rymdladdningsfördelningen; effektiv luftgapstjocklek (beskrives utförligare nedan); faktiskt luftgapstjocklek (beskríves utförligare nedan); metallskiktbredden enligt ovanstående relationer (1) och (2); lufttrycket; arean av den plana ytan 16 i fig. 2; elektretfoliens dielektricitetskonstant; luftens dielektricitetskonstant; elektretfoliens tjocklek nämnda riktningsdiagrammet beräknas teoretiskt ur 1 a/b¿(x)ejkxs1n8dx R(e) = '1 1 (u) ]'vÅ(X)dx -1 10 15 20 25 30 35 453 349 där l = elektretomvandlarens längd från mitten till ena änden; -l = elektretomvandlarens längd från mitten till den' andra änden; nä (x) = elektretomvandlarens känslighet vid avståndet x . . f fran omvandlarens mitt; k akustiska vågtalet; samt elektretomvandlarens respons vid vinkeln Qlmellani R(9) den infallande akustiska vågen och omvandlarytan.

I fig. 5 visas det faktiskt uppmätta riktningsdiagrammet' med heldragna linjer 30, 32, ... RO. Det motsvarande, medelst re- lation (N) teoretiskt beräknade riktningsdiagrammet visas med Å streckade linjer.

Såsom framgår av relation (3) ovan, är elektretomvandlarens känslighet direkt proportionell mot metallskiktets bredd, elektret- foliens tjocklek, den effektiva luftgapstjockleken och rymdladd-. ningsfördelningen dvs. elektretfoliens elektrostatiska laddning.

Vidare är elektretomvandlarens känslighet dessutom omvänt propor-' tionell mot den faktiska luftgapstjockleken. Genom variation"av nyssnämnda parametrar en i taget och i enlighet med relation (1) kan sålunda det önskade, i fig. S visade riktningsdiagrammet erhål- I fig. 7 visas en anordning som är till hjälp för förståelse av de ovan använda uttrycket "faktiskt luftgap" och "effektivt luftgap". g En motelektrodplatta 72 med den likformiga tjockleken t vilar på en kam 7u utförd i en.cylinderV78 med radien ro. Plattans 72 av- stånd från cylinderns bottenyta 80 är ho och den är försedd med ett antal genomgående öppningar 82, vardera med diametern hl. En elek- tretfolie 8N med tjockleken S vilar ovanpå cylindern 78 pâ ett av- stånd S1 från plattans 72 övre yta. Till följd av elektretfoliens 8% vikt och beroende på de vibrationer som förorsakas av de mot fo- lien infallande ljudvågorna, kommer vissa obetydliga variationer att uppträda i avståndet S1 mellan folien 84 och plattan 7%. V Det faktiska luftgapet utgöres av luftvolymen 86 mellan elek- tretfolien 8N och plattan 72. Eftersom det, såsom nyss nämnts,endast uppträder obetydlig deformation av elektretfolien SH, kommer det faktiska luftgapets tjocklek eller djup att vara väsentligen konstantf gzfiwfiIii===uifi------~ 10 15 20 25 30 35 455 349 8 Det faktiska kuftgapet inverkar på systemets elektriska beteende.

Ju närmare elëktretfolien 8N ligger plattan 72, desto större blir den av folien alstrade utsignalen.

Det effektiva luftgapet utgöres av summan av luftvolymen i det bakre hålrummet 88, luftvolymen i öppningarna 82 och volymen- av det faktiska luftgapet 86. Det effektiva luftgapets tjocklek eller djup ges av relationen n hizt ho + 2 + S1 (S) H r o där ho = djupet av luftvolymen i det bakre hålrummet 88; n = antalet öppningar 82; ¿ h = diametern hos varje öppning 82; t = plattans 72 tjocklek; cylinderns 78 radie; samt Po S1 = det faktiska luftgapets djup.

Det effektiva luftgapet inverkar på elektretomvandlarens me- kaniska_beteende. Ju större det effektiva luftgapet är, desto kraf- tigare blir elektretfoliens BH inbuktning för ett och samma infal- lande ljudtryck mot folien. Sålunda är det effektiva luftgapet be- stämmande för elektretomvandlarens mekaniska styvhet men saknar in- flytande på omvandlarens elektriska egenskaper. Även om fig. 7 visar en cylinder 88 för förklaring av ter- merna "faktiskt luftgap" och "effektivt luftgap", gäller samma prin- ciper för den rätlinjiga elektretomvandlaren i fig. 1.

I fig. 8 visas en elektretomvandlare som är utförd så att det faktiska luftgapets tjocklek varierar utefter omvandlarens längd.

Denna tjockleksvariation^âstadkommes genom användning av ett antal stift 90 som separerar elektretfolien 92 från motelektrodplattan 9N.

Dessa stift 90 har en höjd hp varierande utefter omvandlarens längd och bestämd av relationerna hp = >"1 h = '1 <7) p. där w(x) utgöres av relationen (1) och K av relationen (2).

Känsligheten vid en given punkt utefger elektretomvandlaren är s§ledes omvänt proportionell mot stiftens höjd vid denna punkt. 10 15 20 25 30 35 NO šfl 453 349 Bredvid varandra liggande stift, dvs. stift som är likbelägna med avseende på omvandlarens längdutsträckning, har samma höjd. Alter; nativt kan stiften ersättas av kammar, där varje kam har konstant höjd och är placerad tvärledes på motelektrodplattan.

Motelektrodplattan 9H är på sin mot elektretfolien 92 vet-' .tande yta 96 försedd med ett tunt metallskikt över hela sin bredd.

Alternativt består hela motelektrodplattan av metall. Blektretfolien 92 utgöres av ett metallskikt 91 och ett elektro/statiskt laddat polymerskikt 98. Polymerskiktet vetter mot motelektrodplattan.«En~" från elektretfoliens 92 metallyta 91 gående negativ ledare 97 och en från plattans 9N metallyta 96 gående positiv ledare avslutas vid ett anslutningsdon 100. " Pig. 9 visar i isometrisk vy en del av elektretomvandlaren i fig. 8, speciellt detaljer avseende de på plattan 94 anordnade stiften 90. En del av elektretfolien 92 är bortskuren.

Vid en annan utföringsform av uppfinningen är elektretfoliens 92 metallskikt 91 fäst vid motelektrodplattans metallskikt 96 så att de båda metallskikten står i direkt kontakt med varandra. En andra (icke visad) folie är härvid uppspänd ovanför elektretfolien 92. varvid de båda folierna hålles separerade medelst stiften 90.

Pig. 10 visar en ytterligare utföringsform av en elektretom- vandlare med varierande tjocklek på det faktiska luftgapet. Det faktiska luftgapets tjocklek mellan elektretfolien 102 och motelekf trodplattan 10U bringas härvid variera genom att motelektrodplattan 10% ges varierande tjocklek. Däremot har elektretfolien 102 konstant tjocklek utefter hela sin längd. Följaktligen kommer stiftens 108 längd att variera utefter omvandlarlängden. Dessa stift 108 bildar bärorgan för elektretfolien 102. Plattans 10H tjocklek varierar ut- efter omvandlarens längd i enlighet med ovanstående relationer (6) och (7), dvs. omvandlarens känslighet vid en godtycklig punkt är om- vänt proportionell mot plattans 10U tjocklek vid denna punkt.

Motelektrodplattans 10H yta 110 är överdragen med ett me- tallskikt som sträcker sig över plattans hela bredd: Alternativt består hela motelektrodplattan av metall. Elektretfolien 102 består av tvâ skikt, nämligen ett metallskikt 101 och ett elektrostatiskt laddat polymerskikt 112. En neutral ledare (eller jordledare) 111 från foliens 102 metallyta 101 och en positiv ledare 113 från plat- tans 10% metallyta 110 avslutas vid ett anslutningsdon 11u.

V Alternativt kan elektretfoliens 102 metallskikt vara direkt fäst vid plattans 10% metallyta 110 så att de båda metallskikten 10 15 20 25 30 35 110 453 349 10 står i direkt kontakt med varandra. sad) folie uppspänd ovanför plattan 1OH och uppbäres av stiften 108.

Härvid är en andra (icke vi- Vid var och en av de i fig. 8-10 visade elektretomvand- larna erhålles ett riktningsdiagram i huvudsak likadant som det i fig. 5 visade.

Pig. 11-13 visar tre olika utföringsformer av elektretom- vandlaren där det effektiva luftgapets tjocklek varierar. Vid var och en av dessa utföringsformer är en elektretfolie lagd ovanpå en motelektrodplatta på liknande sätt som vid omvandlarna enligt fig. 1 och H. Eftersom uppfinningen i detta fall i huvudsak hänför sig till själva motelektrodplattan, kommer endast denna att be- skrivas. _ Hänvisning sker nu speciellt till fig. 11, som visar en elektretfolie 121 och en motelektrodplatta 116. Folien 121 är lagd direkt på plattans yta 118, som är naturligt skrovlig. Från plat- tans yta 118 har borrats ett antal hål 120, vilka har samma diameter men varierande djup. Eftersom elektretfolien 121 är Placerad direkt på ytan 118, kommer det faktiska luftgapets tjocklek att vara vä- sentligen konstant över”plattans 116 längd. Med hänvisning till ovanstående relation (5) framgår således att det effektiva luft- gapets tjocklek är direkt proportionell mot hålens 120 djup.

Genom variation av hålens 120 djup ges det effektiva luft- gapets tjocklek av ovanstående relationer (1) och (2). Känslig- heten nfi (x) vid en godtycklig punkt utefter omvandlaren är direkt proportionell mot det effektiva luftgapets tjocklek vid denna punkt.

Känsligheten -+~ (X) ges av relation (3). Riktningsdiagrammet be- räknas teoretiskt medelst relation (4). Detta teoretiskt beräknade riktningsdiagram och det i praktiken uppmätta är i allt väsentligt likadana som de i fig. S visade Pikfningsdiagrammen. l fig. 12 visas en elektretfolie 123 och en med ett flertal genomgående öppningar 12H försedd motelektrodplatta 122 lämplig för realisering av en annan elektretomvandlare. Öppningarnas dia- meter varierar på sådant sätt att luftvolymen i hålen varierar di- rekt i enlighet med relationerna (1) och (2), dvs. den effektiva luftgapstjockleken varierar direkt proportionellt mot dessa båda relationer.

I fig. 13 visas en clektrctfolíc 127 och en motelektrodplatta 126, vilken är försedd med ett flertal genomgående öppningar med sinsemellan samma diameter. Genom variation av öppningstätheten 10 15 20 25 30 453 349 11 varieras den effektiva luftgapstjockleken direkt i överensstäm- melse med relationerna (1) och (2).

Vid en annan (icke visad) utföringsform av uppfinningen där det effektiva luftgapet varierar utefter elektretomvandlarens längd, är elektretfoliens metallskikt placerat direkt i kontakt med mot- elektrodplattans metallskikt. En andra folie är uppspänd över elek- tretfolien 121, 123 eller 127 och uppbäres härvid av isolerande element, såsom de i fig. 6 visade elementen 62 och SH. Vid tre olika realiseringar av denna utföringsform varieras det effektiva luft- gapet genom att man varierar diametern, tätheten eller djupet av i motelektrodplattan upptagna öppningar på samma sätt som visas i fig. 11, 12 och 13. Alternativt' kan öppningarna i fig. 11-13 ersättas av skåror (visas ej), vilkas vidd, täthet eller djup varierar enligt relationerna (1) och (2). Dessa skåror förlöper parallellt med bred- den på motelektrodplattan.

I fig. 14 fisas en elektretomvandlare innefattande en mot- elektrodplatta 130 med konstant tjocklek och en elektretfolie 132, vars tjocklek varierar direkt i överensstämmelse med relationerna (1) och (2). Elektretfolíen 132 utgöres av ett polymerskikt 136 och ett därpå anbragt metallskikt 142. Polymerskiktet 136 uppvisar en plan yta 13k som direkt vilar mot en naturligt skrovlig yta 138 hos plattan 130. Plattytan 138 är överdragen med ett tunt metallskikt 137. En neutral ledare (eller jordledare) 133 från metallskiktet 142 och en positiv ledare 131 från det pâ plattytan 138 anbragta metallskiktet 137 avslutas vid ett anslutningsdon 166.

Den av relation (3) givna känsligheten r+1 (x) hos elektret- omvandlaren i fig. 1H är vid en godtycklig punkt direkt propor- tionell mot elektretfoliens 132 tjocklek i denna punkt. Det med hjälp av relation (H) teoretiskt beräknade riktningsdiagrammet och det uppmätta riktningsdiagrammet överensstämmer i huvudsak med de i fig. 5 visade riktningsdiagrammen. 453 349 12 Elektretfoliens 132 tjocklek d definieras av relationen Jlhx/(l-šzfl/z] d = Om < L <1-g > J1<1v> a=x °mL5|§|g1 \ där J1 =~Besselfunktion av det första slaget j = (_l)l/2 d = ln [r+(r2-l)l/2] r = amplitudförhállandet mellan huvudloben och sidlobs- tröskelvärdet. g = normerat avstånd mellan en punkt på motelektrodplat- tan och plattans centrum L = normerat avstånd från motelektrodplattans centrum till den punkt bortom vilken foliens tjocklek har det konstanta värdet K.

Pig. 15 visar en ytterligare utföringsform av uppfinningen, där elektretfoliens 15% tjocklek varierar enligt relation (1) och (2) utefter längden av omvandlaren. Foliens 15H metallskikt 158 står i direkt kontakt med motelektrodplattans 150 metallyta 152.

Motelektrodplattans 150 tjocklek tb är bestämd av relationerna tb = l - w(x) (9) LO sz t = 1 - K ( 10 15 20 25 30 35 1. 4s3's49 En andra folie 168 är uppspänd ovanför elektretfolien 15u och uppbäres härvid av isolerande element 162 och 164. Avståndet mellan den andra folien 168 och elektretfoliens polymeryta 156 är i huvudsak konstant över omvandlarens längd och bredd. En neutral elektrisk ledare (eller jordledare) 153 är förbunden med den and- ra foliens 168 metallyta 167, och en positiv ledare 155 är förenad med de båda i kontakt med varandra stående metallskikten 158 och 152. Ledarna 153 och 155 avslutas vid ett anslutningsdon 166.

Den av relation (3) givna känsligheten rh (x) hos elektret- omvandlaren i fig. 15 vid en godtycklig punkt utefter omvandlarens längd är direkt proportionell mot elektretfoliens 15% tjocklek i denna punkt. Riktningsdiagrammet överensstämmer väsentligen med det i fig. S visade.

En annan utföringsform av elektretomvandlaren kan realiseras genom att man under användning av kända metoder varierar den elektro- statiska laddningen hos elektretfoliens 10 polymerskikt 1M (fig. H) i överensstämmelse med relationerna (1) och (2). Det på motelektrod- plattans 18 skrovliga yta 16 belägna metallskiktet har emellertid konstant bredd över plattans 18 hela längd. I stället för att låta metallskiktets bredd variera kan således polymerskiktets 1H elektro- statiska laddning ges en variation. Alternativt bringas elektret- folien 10 i direkt kontakt med motelektrodplattan 18, såsom visas i fig. 6, varvid en andra folie 66 placeras ovanför elektretfolien.

Den av relation (3) givna känsligheten J1 (x) hos elektretomvand- laren vid en godtycklig punkt på denna är härvid direkt proportionell mot den elektrostatiska laddningen vid denna punkt. Omvandlarens riktningsdiagram överensstämmer i huvudsak med det i fig. 5 visade riktningsdiagrammet.

Såsom nämnts ovan är det känt hur man skall uppladda en elek- tretfolie elektrostatiskt. En dylik känd metod beskrives i artikeln "Reserach in Polymer Electrets" av G. M. Sessler och J. E. West, publicerad av Society of Photographic Scientists and Engineers vid Second International Conference on Electrophotography, sid. 162-166 (197U).

I fig. 16 visas en elektrostatisk laddningsfördelning på po- lymerytan 1U av den i fig. 1 visade elektretfolien 10. Laddningen är jämnt fördelad över ytans 1H bredd. Däremot varierar laddnings- tätheten utefter folielängden i enlighet med relation (1) och (2).

Härvid är elektretomvandlarens känslighet vid en godtycklig punkt 10 15 20 25 30 35 “IH 453 549 direkt proportionell mot foliens elektrostatiska laddning i denna punkt, och såsom framgår av relation (U) är det i fig. S visade riktningsdiagrammet beroende av elektretomvandlarens känslighet.

I fig. i fig. 1 visade elektretfolien, som är elektrostatiskt uppladdad på alternativt sätt. I likhet med förhållandena vid fig. 16 är den elektrostatiska laddningen jämnt fördelad över en vald bredd men Bredden på den elektrosta- 17 visas en polymeryta, såsom polymerytan 1N hos den varierar utefter polymerytans 14 längd. tiskt uppladdade polymerytan 1H varierar dock utefter foliens längd i enlighet med relationerna (1) och (2). Däremot sammanfaller bred- den på den elektrostatiskt uppladdade ytan icke med polymerytans bredd. Det erhållna riktningsdiagrammet är i huvudsak detsamma som tidigare.

Den under hänvisning till fig. 16 och 17 beskrivna elektro- statiska laddningsfördelningen hänför sig till ytladdningar. I båda dessa fall kan dock samma laddningsfördelning realiseras genom åstadkommande av elektrostatisk laddning till olika djup i polymer- skiktet hos den i fig. 1 visade elektretfolien. Den elektrostatiska laddningen 0'vid en godtycklig punkt ges av relationen E E V r z dig (10) - d d där = laddningstätheten E = polymerens dielektricitetskonstant EQ = dielektricitetskonstanten hos den omgivande luften dl = den elektrostatiska laddningens djup d = polymerskiktets tjocklek V = elektrostatisk spänning I fig. 18 visas ännu en metod att ladda elektretfoliens nämnda polymeryta. Liksom vid fig. 17 varierer - inom ett valt om- råde - en negativ elektrostatisk laddning utefter polymerskiktets längd i enlighet med relationerna (1) och (2). Till skillnad från förhållandena i fig. 17 är dock polymerytans oladdade områden posi- tivt laddade i fig. 18. Effekten av att polymerytan ges både positiv och negativ laddning blir att en skarpt definierad kant Känsligheten vid en viss punkt på bildas mel- lan de båda områdena. Omvöndlafen blir således mer exakt eftersom den direkt beror av den elektro- 10 15 20 453 349 15 statiska laddningen i denna punkt. Riktningsdiagrammet uppvisar kraftig riktverkan och innefattar, såsom visas i fig. 5, en huvud- lob och ett flertal sidlober under en förutbestämd tröskelnivà.

I de tre tidigare nämnda utföringsformer där variation före- ligger med avseende på metallbredden, det faktiska luftgapet eller det effektiva luftgapet, kan elektretfolien utbytas mot en folie som pâtryckes en likförspänning. I stället för att åstadkomma en elektrostatisk laddning på folien pátrycker man således kontinuer- ligt en likförspänning på folien från en yttre Iikspänningskälla.

Vidare kan två skilda folier användas, nämligen antingen en fclíe bestående av ett metallskikt och ett polymerskíkt eller en folie helt utförd av metall. I det fall att man använder en folie bestående av ett polymerskikt och ett metallskikt, måste emeller- tid det senare placeras närmast motelektrodplattan. ' Dessutom skall folien icke placeras direkt pá motelektrod- plattan, utan i stället skall densamma uppspännas över plattan, exempelvis genom att man i likhet med utförandet i fig. 6 använder isolerande stoppelement 62, BÅ.

Ledarna från foliens metallskikt och motelektrodplattans metallskíkt kan omkastas vid anslutningsdonet, dvs. ledarnas pola- ritet är utan betydelse.

Claims (10)

16

1. Patentkrav 453 349 _1. Akustisk omvandlare med ett riktningsdiagram innehållande en huvudlob och ett flertal i huvudsak vid en förutbestämd tröskelnivå liggande sidlober, varvid omvandlaren innefattar en motelektrodplatta (130), vars ena yta är belagd med ett metall- skikt (137), k ä n n e t e c k n a d av att omvandlaren inne- fattar en elektretfolie (132) med en tjocklek, som utefter foliens längd varierar symmetriskt med avståndet från mot- elektrodplattans centrum, samt att elektretfoliens (132) ena yta (134) är i huvudsak plan och väsentligen parallell med mot- elektrodplattan (130).

2. Omvandlare enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att elektretfoliens (132) tjocklek d är definierad av relationen Jflw/(l-šzfl/z] m du = om <1 L <1-g2>1/2 Jl d = K om L.$I§| g 1 där J = Besselfunktion av det första slaget j = (_l)1/2 d = ln [r+(r2 -l)l/2] r = amplitudförhállandet mellan huvudloben och sidlobs- tröskelvärdet š = normerat avstånd mellan en punkt på motelektrod- plattan och plattans centrum L = normerat avstånd från motelektrodplattans centrum till den punkt bortom vilken foliens tjocklek har det konstanta värdet K. _

3. Omvandlare enligt kravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att elektretfolien (132) innefattar ett metallskikt (142) och ett polymerskíkt (136), varvid polymerskiktets tjocklek varierar utefter folien i enlighet med den förutbestämda relationen under det att me- tallskiktets (132) tjocklek är väsentligen konstant.

4. M. Omvandlare enligt kravet 3; k ä n n e t e c k n a d, av att polymerskiktets (136) ena yta (13H) är i huvudsak plan och väsent- ligen parallell med motelektrodplattan (130). 11.7 453 349

5. Omvandlare enligt kravet 4, k ä n n e t e c k n a d av att avståndet mellanpolymerskiktets (136) plana yta (13H) och motelektrodplattan (130) är i huvudsak detsamma över plattans hela längd och bredd. 1 O

6. Omvandlare enligt kravet H eller 5, k ä n n e t e c k- n a d av att den plana polymerytan (13%) vetter mot den yta på motelektrodplattan som är belagd med metallskiktet (137).

7. Omvandlare enligt något av föregående krav, k ä n n e- t e c k n a d av att elektretfolien (132) är elektrostatiskt uppladdad till ett förutbestämt värde.

8. Omvandlare enligt något av föregående krav, k ä n n e- t e c k n a d av att en första ledare (133) från elektretfolien (132) och en andra ledare (131) från plattans (130) metallskikts- beläggning (137) avslutas vid ett anslutningsdon (166) i och för överföring av signaler.

9. Omvandlare enligt något av föregående krav, k ä n n e- t e c k n a d av att elektretfolien (154) är fäst vid motelektrod- plattan (150) så att foliens metallskikt (158) vetter mot plattans metallskiktsbeläggning (152), samt att en ytterligare folie (168), som innefattar ett polymerskikt (170) och ett metallskikt (167), är uppspänd ovanför den förstnämnda folien (15U). (Pig. 15).

10. Omvandlare enligt kravet 9, k ä n n e t e c k n a d av att avståndet mellan den ytterligare folien (168) och den plana ytan (156) hos den förstnämnda foliens polymerskikt (15H) är i huvudsak detsamma över den ytterligare foliens hela längd och bredd.