DE1065880B - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine am Rande eingespannte Mikrophon- und/oder Telephonmembran, bestehend aus mehreren Schichten, von denen wenigstens eine aus elektrostriktivem Material besteht.

Es sind bereits Mikrophonmembranen bekannt, die selbst als elektroakustische Wandler wirken. In einem Fall wird eine Membran aus zwei Seignettesalzplatten mit gekreuzten Hauptachsen zusammengesetzt, und die in Sektoren aufgeteilten Elektroden werden abwechselnd entgegengesetzt gepolt zusammengeschaltet (deutsches Patent 590 996). Da Seignettesalz nicht zu beliebig dünnen Platten geschnitten werden kann, ist weder eine günstige Anpassung an das umgebende Schallmedium, beispielsweise Luft, da die Membran sehr steif ist, noch eine unmittelbare Anpassung an das elektrische Übertragungsnetzwerk möglich, da die Wandlermembran zu hochohmig ist. Die gleichen Nachteile hat eine bekannte, als Wandler wirkende Membran, die nur aus einer piezoelektrischen Scheibe besteht, die durch eine Stauchung bzw. Unterdruck vorgespannt ist (deutsches Patent 704 649). Außerdem ist eine Membran bekannt, die aus einer dünnen Schicht elektrostriktiven Materials besteht und auf jeder Seite zwei konzentrische Ringelektroden hat, wobei die jeweils sich gegenüberliegenden Elektroden miteinander verbunden sind, so daß die Spannung zwischen den Ringelektroden mit verschiedenen Radien abgenommen werden kann (französisches Patent 1 072 621). Auch diese Mikrophonmembran ist so hochohmig, daß sie nicht unmittelbar an ein Übertragungsnetzwerk angeschlossen werden kann.

Um die Nachteile der bekannten, als Wandler wirkenden Membranen zu beseitigen, wird erfindungsgemäß eine am Rande eingespannte Mikrophon- und/ oder Telephonmembran, bestehend aus mehreren Schichten, von denen wenigstens eine aus elektrostriktivem Material besteht, so ausgebildet, daß die auf beiden Seiten jeder elektrostriktiven Schicht angeordneten Elektroden an den Stellen der Änderung des Krümmungssinnes der Membran unterbrochen sind, wodurch verschiedene Zonen gebildet werden, und daß benachbarte Zonen derart gepolt bzw. polarisiert werden, daß sie bei elektrischer Erregung mechanisch entgegengesetzt wirken.-

Durch diese Ausbildung der Membran ist es möglich, die gesamte Membranfläche bis auf die schmalen Unterbrechungen an den Wendekurven als Wandler auszunutzen, ohne die Membran vorzuspannen. In einer Weiterbildung der Erfindung werden die elektrostriktiven Schichten und deren Elektroden in bekannter Weise aufgedampft, vorzugsweise in einem elektrischen Felde. Als Träger dient dabei eine äußerst dünne nichtleitende Folie. Auf diese Weise Elektrostriktive Mikrophon- und/oder Telephonmembran

Anmelder:

ELECTROACUSTIC Gesellschaft mit beschränkter Haftung, Kiel, Westring 425/429

Dr. Dr. h. c. Heinrich Hecht, Kiel,
ist als Erfinder genannt worden

können außerordentlich dünne Schichten hergestellt werden, und es ist möglich, eine Membran herzustellen, die die gleiche Empfindlichkeit, den gleichen Anpassungswiderstand und die gleichen Abmessungen wie ein in Telephonapparaten gebräuchliches Kohlemikrophon haben. Beispielsweise ist die Dicke der Membran bei einem Durchmesser von 50 mm kleiner als 0,01 mm. Um eine Zerstörung der Membran bei allzu" großeF'elektrischer oder mechanischer Erregung zu vermeiden, sind auf beiden Seiten der Membran in geringem Abstand Schutzgitter vorgesehen. Die günstigste Anpassung an das Übertragungsnetzwerk kann durch entsprechende Zusammenschaltung der Zonenkapazitäten gewählt werden.

Die Eigenresonanz der Membran kann durch eine Luftkammer auf der Rückseite der Membran eingestellt werden.

Die Erfindung wird nun an Hand der Figuren näher erläutert. Um die Anschaulichkeit zu erhöhen, ist in den Figuren das Verhältnis von Membrandicke zu Membrandurchmesser sehr stark vergrößert dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Membran I_j die am Rande eingespannt ist und bei Erregung durch negative und positive Schalldrucke relativ zu ihrer Ruhelage gleiche Deformationszustände erreicht, so daß sie ein quadratisches Kraft- bzw. Ausschlaggesetz befolgt. Würde man eine solche Membran aus einer oder mehreren Schichten elektrostriktiven Materials aufbauen und die Elektroden jeder aktiven Schicht über die gesamte Membranfläche ausdehnen, so würde diese Membran bei akustischer Erregung keine Spannung abgeben und bei elektrischer Erregung nicht schwingen, da in jeder Schicht gleichzeitig Dehnungen und

909 629/190

Claims (11)

Ä65 Stauchungen in radialer Richtung auftreten, so daß die Summe der Elektrostriktionseffekte gleich Null ist. Fig. 2 zeigt eine Zweischichtmembran im ausgelenkten Zustand, wobei die Stauchungs- und Dehnungszonen eingezeichnet sind. Die beiden Schichten 2 und 3 der Membran, von denen wenigstens eine elektrostriktiv ist, werden beim Schwingen der Membran mechanisch entgegengesetzt beansprucht. Ist .nur eine Schicht elektrostriktiv, so muß die neutrale Fläche 9 innerhalb der inaktiven Schicht oder zwischen den Schichten liegen. Sind beide Schichten elektrostriktiv, so muß die neutrale Fläche 9 zwischen den beiden Schichten liegen. In Fig. 2 wird die Schicht 2 in der Zone 4 außerhalb des Wendekreises 8 gedehnt und in der Zentralzone 5 innerhalb des Wendekreises 8 gestaucht. Die Schicht 3 wird in der Zone 6 außerhalb 8 gestaucht und in der Zone 7 innerhalb 8 gedehnt. Die Ringzonen 4, 6 und die Zentralzonen 5, 7 bilden also zwei entgegengesetzt wirkende Biegeschwinger, deren abgegebene Spannungen bei Verwendung von Elektroden, die sich über die gesamte Membranfläche erstrecken, sich kompensieren. In den Fig. 3 a und 3 b ist ein Beispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Schichtenmembran dargestellt, bei der der an Hand von Fig. 2 erläuterte zonale Biegeeffekt durch besondere Wahl der Ausbildung der Elektroden und entsprechende Polung bzw. Polarisation der einzelnen Zonenschichten ausgenutzt wird. Fig. 3 a stellt einen Schnitt A-B durch die Membran ., nach Fig. 3 b dar. Die Membran ist in einen Ring 10 eingespannt und wie folgt aufgebaut. Auf eine äußerst dünne isolierende Folie 11. sind beidseitig zunächst Metallelektroden 12, 13, 14, 15, beispielsweise aus Silber oder Gold, 0,3 μ dick aufgedampft, dergestalt, wie in Fig. 3 b dargestellt. Auf diese Elektroden sind gleichdicke Schichten 16,17 eines elektrostriktiven Materials, beispielsweise Bariumtitanat, etwa je 1 μ dick aufgedampft und darauf wieder Metallelektroden 18,19 und. 20, 21 gleicher Form_und ,. Dicke wie 12, 13, 14, 15. Der nicht mit Metall bedampfte Teil der Membranfläche ist der Wendekreis 8. Die neutrale Fläche 9 liegt innerhalb der inaktiven isolierenden Trägerfolie 11. Um den An-Schluß der Zentralelektroden 13, 15, 19, 21 nach außen zu führen, sind die Ringelektroden 12, 14,18, 20 je an einer Stelle 22 geschlitzt. Damit die Membran bei elektrischer Erregung in der gewünschten Form, beispielsweise wie in Fig· 2 angegeben, schwingt bzw. bei akustischer Erregung Spannung abgibt, müssen bei gleicher Polarisation beider elektrostriktiver Schichten benachbarte Schichtzonen entgegengesetzt gepolt werden. Man kann aber auch benachbarte Schichtzonen entgegengesetzt polarisieren und dann alle Zonen beider Schichten gleich polen. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Membran kann auch aus mehr als zwei elektrostriktiven Schichten oder aus einer einzigen elektrostriktiven und einer inaktiven Schicht bestehen. Außerdem kann die Membran jede andere zweckmäßige von der Kreisform abweichende Gestalt haben. Patentansprüche:

1. Mikrophon- und/oder Telephonmembran, die am Rande eingespannt ist, bestehend aus mehreren Schichten, von denen wenigstens eine aus elektrostriktivem Material besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die auf beiden Seiten jeder elektrostriktiven Schicht angeordneten Elektroden an den Stellen der Änderung des Krümmungssinnes der Membran unterbrochen sind, wodurch verschiedene Zonen gebildet werden, und daß benachbarte Zonen derart gepolt bzw. polarisiert werden, daß sie bei elektrischer Erregung mechanisch entgegengesetzt wirken.

2. Mikrophon- und/oder Telephonmembran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der gesamten Membran kleiner als 0,01 mm ist.

3. Mikrophon- und/oder Telephonmembran nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer isolierenden Mittelschicht besteht, auf die beidseitig abwechselnd leitende und elektrostriktive Schichten, beispielsweise aus Bariumtitanat, aufgedampft sind.

4. Mikrophon- und/oder Telephonmembran nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer inaktiven und einer elektrostriktiven Schicht mit Elektroden besteht.

5. Mikrophon- und/oder Telephonmembran nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrostriktive Material in einem elektrischen Feld aufgedampft ist.

6. Mikrophon- und/oder Telephonmembran nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung der Resonanzfrequenz auf ihrer Rückseite eine Luftkammer vorgesehen ist.

7. Mikrophon- und/oder Telephonmembran nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Verhinderung einer Zerstörung bei allzu großer elektrischer oder mechanischer Erregung zwischen Schutzgittern schwingt.

8. Mikrophon- und/oder Telephonmembran nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,, daß sie kreisförmig ausgebildet ist.

9. Mikrophon- und/oder Telephonmembran nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden als Kreiszonen ausgebildet sind und daß die äußeren geschlitzt und die inneren Elektroden durch diese Schlitze nach außen geführt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 909 629/190 9.