FR2530911A1 - ELECTROSTATIC TRANSDUCER, ESPECIALLY A CONDENSER MICROPHONE - Google Patents

Abstract

UN TRANSDUCTEUR ELECTROSTATIQUE SELON L'INVENTION, CONSTITUANT EN PARTICULIER UN MICROPHONE A CONDENSATEUR, POSSEDE UN DIAPHRAGME ET UNE CONTRE-ELECTRODE, APPELEE EGALEMENT SOCLE OU PLAQUE. LA CONTRE-ELECTRODE 11 AFFECTE LA FORME D'UNE MINCE PLAQUETTE DONT LE POURTOUR PRESENTE DES EVIDEMENTS SOUS FORME DE CRENEAUX 11A, 17, 19A, 20A, 21A, 22A. AVEC CETTE FORME DE CONTRE-ELECTRODE, LA CAPACITE EFFICACE UTILE REPRESENTE A PEU PRES 70 ET LA CAPACITE PARASITAIRE REPRESENTE A PEU PRES 30 DE LA CAPACITE TOTALE.AN ELECTROSTATIC TRANSDUCER ACCORDING TO THE INVENTION, CONSTITUTING IN PARTICULAR A CONDENSER MICROPHONE, HAS A DIAPHRAGM AND A COUNTER-ELECTRODE, ALSO CALLED BASE OR PLATE. THE COUNTER-ELECTRODE 11 AFFECTS THE SHAPE OF A THIN PLATE, THE SURROUND OF WHICH SHOWS SLOTS 11A, 17, 19A, 20A, 21A, 22A. WITH THIS FORM OF COUNTER-ELECTRODE, THE USEFUL EFFICIENCY CAPACITY IS ABOUT 70 AND THE PARASITIC CAPACITY IS ABOUT 30 OF THE TOTAL CAPACITY.

Description

L'objet de l'invention est un transducteur électros-The subject of the invention is an electro-transducer

tatique, en particulier un microphone à condensateur,comportant un  state, in particular a condenser microphone, having a

diaphragme formant électrode et une contre-électrode, appelée égale-  electrode diaphragm and a counter-electrode, also called

ment socle ou plaque.base or plate.

Dans un microphone à condensateur de ce type, la contre-électrode, placée à une distance de 30 à 50 um derrière le diaphragne,constitue l'électrode rigide et immobile du microphone et se présente le plus souvent sous forme d'un disque plat conducteur électrique Ce disque est pourvu d'un nombre relativement grand d 2 perçages ou de fentes pour coupler la très étroite et petite chambre d'air entre le diaphragme et la contre- électrode, soit à d'autres  In a condenser microphone of this type, the counter-electrode, placed at a distance of 30 to 50 μm behind the diaphragm, constitutes the rigid and immobile electrode of the microphone and is most often in the form of a conductive flat disk. This disc is provided with a relatively large number of 2 holes or slots to couple the very narrow and small air chamber between the diaphragm and the counter electrode, or to other

moyens à activité acoustique, à l'intérieur du boîtier du micro-  acoustically active means, inside the housing of the micro-

phone, soit, comme cela est nécessaire pour les microphones directifs, au champ accoustique extérieur à travers des moyens acoustiques qui y sont couplés De tellescontre-électrodes sont décrites> par exemple,  as is necessary for directional microphones, to the external acoustic field through acoustic means coupled thereto. Such cross-electrodes are described, for example,

dans les demandes de brevet allemand DE-AS 14 37 420 et DE-OS 24 30 068.  in the German patent applications DE-AS 14 37 420 and DE-OS 24 30 068.

Dans les transducteurs électrostatiques, en parti-  In electrostatic transducers, particularly

culier dans les microphones à condensateur, la capacité du condensa-  in condenser microphones, the capacitance of condensa-

teur est déterminée essentiellement par l'aire de surface de la contreélectrode et du diaphragme conducteur électrique situé devant elle et par la distance qui les sépare Cependant, lorsque le diaphragme reçoit un son, une partieseulement de la capacité totale agit utilement pour la transmission dusignal la capacité efficace restante, appelée capacité parasitaire, qui est due essentiellement à des éléments fixes propres à la construction, entraîne la dégradation du facteur de transmission et du rapport signal/bruit, ainsi que l'aggravation des distorsions non linéaires Il est donc nécessaire que le rapport entre la capacité utile et la capacité parasitaire soit maintenu aussi élevé  is essentially determined by the surface area of the counterelectrode and the electrically conductive diaphragm in front of it and by the distance between them. However, when the diaphragm receives a sound, only a part of the total capac- ity is useful for the signaling transmission. remaining effective capacity, called parasitic capacity, which is mainly due to fixed elements specific to the construction, leads to the degradation of the transmission factor and the signal-to-noise ratio, as well as the aggravation of the non-linear distortions. It is therefore necessary that the ratio of useful capacity to parasitic capacity should be kept as high

que possible.as possible.

Les contre-électrodes connues jusqu'à présent, d'un diamàtre de plus de 15 mm, permettent encore de maintenir ce rapport suffisamment élevé pour que les effets négatifs comme ceux indiqiés  The counter-electrodes known until now, with a diameter of more than 15 mm, still make it possible to maintain this ratio sufficiently high so that the negative effects such as those indicated in FIG.

ci-dessus restent dans des limites acceptables.  above remain within acceptable limits.

Cependant, la miniaturisation, qui progresse éga-  However, miniaturization, which is also progressing

lement dans le domaine des microphones à condensateur, demande main-  in the field of condenser microphones, is now

tenant que le diaphragme et la contre-électrode aient un diamètre  Whereas the diaphragm and the counter electrode have a diameter

inférieur à 7 am Il en résulte le probl'èe que la capacité êara-  less than 7 am This results in the problem that the capacity to

sitaire devienttrop grande par rapport à la capacit_ efficace utile.  The unit becomes very large in relation to the effective capacity.

ainsi avec un dfi -zre des électrodes 3 e 58 mu -c:ne distance  thus with a challenge of the electrodes 3 e 58 mu -c: no distance

entre diaphragme et contre _actrode de 4 '9 un par exempe 1 'execu-  between diaphragm and counteractivity of 4 '9, for example, 1

tion cnn- entionnelle de la centre-électrode dae un, carpacité cara-  of the center-electrode of a caracteristic capacity

sitaire de 3 4 p F et une capazité utile de seilament 3 p F.  of 3 4 p F and a useful capillary capazite of 3 p F.

Le but de l'intention ezt de trouver pour la contre-  The purpose of the intention is to find for the counter-

électrode une forme avec laquelle la capacité efficace utile repre-  electrode a form with which the effective effective capacity repre-

sente d peu près 70 7 et la capacité parasitaire r-eprésente à peu 0 prè's 30 t de la capacité totale Selon l'inention, on obtient ce résultat par la prévision d'évidements périphériques ou créneaux sur une contre- électrode en forme de plaquette Par suite de la subsistance à son pourtour des portions saillantes, situées entre les créneaux et ayant une certeine red semblance avec les branches  It is approximately 70% and the parasite capacity is approximately 0 to 30% of the total capacity. According to the invention, this result is obtained by providing peripheral recesses or crenellations on a platelet-shaped counter electrode. As a result of the sustenance at its perimeter protruding portions, located between the crenellations and having a certeine red semblance with the branches

d'une étoile, une telle contre-électrode possède une capacité para-  of a star, such a counter electrode has a capacitance

sitaire de 1,3 p F et une capacité utile de 3 p F pour un diamètre totalde 5,8 mani Le rapport capacité utile/capacité parasitaire est ainsi ramené à une valeur favorable Surtout, grace à cette nouvelle  1.3 pF and a useful capacity of 3 pF for a total diameter of 5.8 mani The useful capacity / pest capacity ratio is thus brought back to a favorable value. Above all, thanks to this new

forme de la contre-électrode, la sensibilité du microphone à conden-  shape of the counter-electrode, the sensitivity of the condenser microphone

sateur augmente de près de 30 %' par rapport à une contre-électrode  It increases by 30% compared to a counter-electrode

de forme classique avec un diamètre total inférieur à 7 mn.  of conventional shape with a total diameter of less than 7 minutes.

Les évidements en forme d créneaux sur le pourtour de la contre-électrode forment un iassage vers l'arrière pour l'air contenu dans l'étroite et petite chambre d'air entre le diaphragme et la contre-électrode La fonction des perç,ages ou des fentes dans une contre-électrode classique est assure par les créneaux en coopération avec la bague entretoise entre la contre-électrode et le diaphrargme, de sorte que le couplage avec d'autres moyens à activité  The slot-shaped recesses on the periphery of the counter-electrode form a rearward sweep for the air contained in the narrow and small air chamber between the diaphragm and the counter-electrode. The function of the piercings or slots in a conventional counter electrode is provided by the slots in cooperation with the spacer ring between the counter electrode and the diaphragm, so that the coupling with other means of activity

acoustique, tels que des frottements, des élasticités ou des iner-  acoustic, such as friction, elasticity or iner-

tances acoustiques, de mème que la liaison avec le champ acoustique n Pcessaire pour les microphones directifs, sont établis à travers les  acoustics, as well as the connection with the acoustic field n necessary for directional microphones, are established through

fentes formées entre la bague entretoise et les créneaux.  slots formed between the spacer ring and the crenellations.

La fabrication par découpage d'une contre-électrode en forme de plaquette selon l'invention, avec les créneaux sur le  The manufacture by cutting of a platelet-shaped counter-electrode according to the invention, with the slots on the

pourtour, surtout si sa forme ressemble a une étoile, est particu-  around, especially if its shape resembles a star, is particularly

lièrement simple et économique comparativement à la fabrication d'une  relatively simple and economical compared to the manufacture of a

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contre-électrode de type classique En effet, lorsque le diamètre de la contre-électrode devient plus petit que 7 mm, l'exécution connue  counter-electrode of conventional type Indeed, when the diameter of the counter-electrode becomes smaller than 7 mm, the known execution

pose de grandes difficultés en ce qui concerne le choix d'un dia-  poses great difficulties as regards the choice of a di-

mètre de trou ayant un rapport convenable avec l'épaisseur de la pla-  hole meter having a suitable ratio to the thickness of the

quette et convenant au découpage des trous En beaucoup de cas, il faut alors faire appel à des procédés d'attaque qui sont bien plus onéreux que le découpage Le découpage très difficile de trous ou de fentes dans des matières synthétiques en particulier, par exemple  In many cases, it is necessary to resort to methods of attack which are much more expensive than cutting. The very difficult cutting of holes or cracks in particular synthetic materials, for example

dans du "Téflon"' pour la réalisation de contre-électrodes trans-  in "Teflon" 'for the realization of transverse counter-electrodes

formables en électrets, n'est plus nécesaire avec la nouvelle forma de la contre-électrode, parce que les créneaux sur le pourtour de la  formable in electrets, is no longer necessary with the new form of the counter electrode, because the slots around the periphery of the

plaquette peuvent être formés facilement par découpage.  wafer can be formed easily by cutting.

Comme la capacité parasitaire agit seulement dans la  As the parasitic capacity only acts in the

région du bord de l'électrode, il est avantageux de donner aax cré-  edge of the electrode, it is advantageous to give aax

neauxune aire de surface si grande qu'elle diminue la capacité para-  a surface area so large as to reduce the para-

sitaire au maximum Selon une autre caractéristique de l'invention, l'aire totale des évidements ou créneaux représente jusqu'à % de l'aire de surface restante de l'électrode Ainsi, le rapport capacité utile/capacité parasitaire prend effectivement une valeur  According to another characteristic of the invention, the total area of the recesses or crenellations represents up to% of the remaining surface area of the electrode. Thus, the useful capacity / parasitic capacitance ratio actually takes a value

nécessaire à la réalisation d'un microphone à condensateur de haute-  necessary for the realization of a condenser microphone of high-

qualité grâce à sa sensibilité élevée, son bon facteur de transmis-  thanks to its high sensitivity, its good transmission factor

sion, son bon rapport signal/bruit et ses faibles distorsions non linéaires. La surface de la contre-électrode-délimitée par les créneaux peut avoir la forme non seulement d'un cercle mais aussi celle d'un polygone, d'un oval ou d'une ellipse Toutefois, pour des raisons pratiques, on utilisera généralement la forme circulaire pour la fabrication d'un microphone à condensateur Il existe néanmoins des applications spéciales, tels que les appareils de correction auditive pour malentendants, o d'autres formes sont avantageuses, si bien que la contre-électrode, donc aussi le diaphragme d'un microphone à condensateur selon l'invention-,-peuvent avoir également un contour  its good signal-to-noise ratio and its low nonlinear distortions. The surface of the counter-electrode-delimited by the slots may have the shape of not only a circle but also that of a polygon, an oval or an ellipse However, for practical reasons, we will generally use the circular shape for the manufacture of a condenser microphone There are nevertheless special applications, such as hearing aids for the hearing impaired, where other forms are advantageous, so that the counter-electrode, so also the diaphragm of a condenser microphone according to the invention -, - may also have an outline

polygonal, ovale ou elliptique.polygonal, oval or elliptical.

Pour les différentes formes-de réalisation actuel-  For the different forms of current

lement connues d'un transducteur électrostatique, par exemple avec tension de polarisation amende de l'extérieur au transducteur ou avec tension de polarisation produite à l'intérieur mame du  electrostatic transducer, for example with fine polarization voltage from outside the transducer or with polarization voltage produced inside the same

transducteur à l'aide d'un électret, l'invention prévoit une contre-  transducer using an electret, the invention provides a counter-

électrode qui peut être formée de façon connue de métal, de matière  electrode which can be formed in a known manner of metal, of material

synthétique conductrice ou revêtue de métal ou d'un matériau agis-  conductive synthetic material or coated with metal or

sant comme un étectret ou d'un métal recouvert d'un tel matériau.  such as an electrolyte or metal covered with such material.

D'autres caractéristiques et avantages de l'inven-  Other features and advantages of the invention

tion ressortiront plus clairement à la description qui va suivre de  will become clearer in the following description of

plusieurs exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que du dessin annexé, sur lequel: les figures la à lc sont des vues en plan de quelques contre-électrodes classiques  several nonlimiting exemplary embodiments, as well as the appended drawing, in which: FIGS. 1a to 1c are plan views of some conventional counter-electrodes

la figure 2 est une coupe axiale d'un microphone.  Figure 2 is an axial section of a microphone.

à condensateur comportant une contre-électrode selon l'invention  capacitor comprising a counter-electrode according to the invention

la figure 3 e St une vue en plan d'une contre-  Figure 3 is a plan view of a counter

électrode selon l'invention, de forme circulaire; et les figures 4 a à 4 d sont des vues en plan montrant différentes autres formes de réalisation de la contre-électrode selon l'invention. Les contre-électrodes 1, 2, 3 des figures la à lc, présentant des ajours, en particulier des perçages, représentent  electrode according to the invention, circular in shape; and Figs. 4a to 4d are plan views showing various other embodiments of the counter-electrode according to the invention. The counter-electrodes 1, 2, 3 of FIGS. 1a-1c, having perforations, in particular holes, represent

l'état connu de la technique Les perçages 4 sont généralement dis-  the known state of the art The holes 4 are generally dis-

posés suivant un dessin géométrique, tandis que les fentes 5 sont disposées en cercle La chambre d'air de faible hauteur entre le diaphragme et la contre-électrode peut être couplée à travers les perçages 4 comme à travers les fentes 5 à d'autres moyens acoustiques disposés derrière la contre-électrode La zone marginale pointillée 6 de la contre-électrode contribue pour une bonne part à la capacité parasitaire Le condensateur en anneau de cercle formé par cette zone annulaire et la zone marginale correspondante du diaphragme, situé en face et agissant comme électrode, possède une capacité qui est plus grande que la moitié de la capacité totale du condensateur formé par  placed in a geometric pattern, while the slots 5 are arranged in a circle The air chamber of low height between the diaphragm and the counter-electrode can be coupled through the holes 4 as through the slots 5 to other means The dotted marginal area 6 of the counter-electrode contributes a large part to the parasitic capacitance The ring-shaped capacitor formed by this annular zone and the corresponding marginal zone of the diaphragm, situated in front and acting as an electrode, has a capacity that is greater than half of the total capacity of the capacitor formed by

le diaphragme et la contre-électrode.  the diaphragm and the counter-electrode.

La figure 2 représente un microphone à condensateur comportant une contreélectrode selon l'invention Il possède un bottier 7 dont le côté avant présente des ouvertures 7 a d'entrée du son A distance derrière ces ouvertures, le boîtier 7 contient une  FIG. 2 shows a condenser microphone comprising a counterelectrode according to the invention. It has a casing 7 whose front side has openings 7a of sound input. A distance behind these openings, the casing 7 contains a

bague 8 sur laquelle est tendu un diaphragme 9, uné bague entre-  8 ring on which is stretched a diaphragm 9, a ring between-

toise 10 électriquement isolante et une contre-électrode 11.  electrically insulating measuring board 10 and a counter electrode 11.

L'empilage ainsi formé est pressé par un ressort de maintien 12 contre un épaulement intérieur 7 bi le ressort 12 prenant appui sur une plaque -5 de fond 13 La contre-électrode 11 en forme de plaquette présente des créneaux lla le long de son pourtour A travers les fentes 14 a, ces créneaux permettent le couplage de la chambre d'air 14 à des  The stack thus formed is pressed by a retaining spring 12 against an inner shoulder 7 bi the spring 12 bearing on a plate -5 bottom 13 The counter-electrode 11 in the form of a wafer has slots lla along its periphery Through the slots 14a, these slots allow the coupling of the air chamber 14 to

moyens acoustiques situés derrière la contre éLectrode 1.  acoustic means behind the electrode 1.

La figure 3 représente l'exécution qui sera pro-  Figure 3 shows the execution that will be

bablement la plus importante d'une contre-électrode selon l'invantion.  the most important of a counter electrode according to the invantion.

Cette contre-électrode est désignée par 15 et elle possède une forme circulaire avec des portions radialement saillantes 16 qui ont une  This counter-electrode is designated 15 and has a circular shape with radially projecting portions 16 which have a

certaine ressemblance avec les branches d'une étoile et qui sont déli-  certain resemblance to the branches of a star and which are deli-

mitées par des créneaux 17 sur le pourtour Les aires d'électrode déterminantes pour la formation de la capacité parasitaire sont situées sur les portions saillantes 16, o elles forment des zones pointillées 18 Ces zones sont si petites, par rapport à l'aire de surface totale de l'électrode, que la capacité parasitaire ne représente plus qu'un tiers de la capacité totale, ce qui donne un rapport favorable entre  The electrode areas determining the formation of the parasitic capacitance are located on the projecting portions 16, where they form dashed areas. These zones are so small, with respect to the surface area. of the electrode, that the parasitic capacity represents only one third of the total capacity, which gives a favorable

la capacité efficace utile et la capacité parasitaire.  useful effective capacity and parasitic capacity.

Les figures 4 a 4 d représentent d'autres formes de réalisation possibles d'une contre-électrode selon l'invention en forme de plaquette Les pourtours 19 et 20 des exécutions selon les figures 4 a et 4 b correspondent grosso modo -un polygone, tandis que l'exécution selon la figure 4 c possède un pourtour 21 ovale et celle de la figure 4 d un pourtour 22 elliptique Les évidements en forme de créneaux pratiqués le long du bord d'électrode sont désignés  FIGS. 4 to 4 d show other possible embodiments of a counter-electrode according to the invention in the form of a wafer The peripheries 19 and 20 of the embodiments according to FIGS. 4 a and 4 b correspond roughly to a polygon, while the embodiment according to FIG. 4c has an oval periphery 21 and that of FIG. 4 an elliptical periphery 22. The crenellated recesses made along the electrode edge are designated

respectivement par 19 a, 20 a, 21 a et 22 a.  respectively by 19a, 20a, 21a and 22a.

Claims (4)

REVENDICATIIONSREVENDICATIIONS 1 Transducteur électrostatique, en particulier micro-  1 Electrostatic transducer, in particular micro- phone à condensateur, comportant un diaphragme formant électrode et une contre-électroda, appelée également socle ou plaque, caractérisé en ce que la contre-électrode ( 11) affecte la forme d'une plaquette dont le pourtour présente des évidements ou créneaux (la, 17, l 9 a,  condenser phone, having an electrode diaphragm and a counterelectrode, also called a base or plate, characterized in that the counter-electrode (11) has the shape of a wafer whose periphery has recesses or crenellations (1a, 17, l9 a, a, 21 a, 22 a).a, 21a, 22a). 2 Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'aire totale des créneaux représente jusqu'à 70 % de  2 transducer according to claim 1, characterized in that the total area of the slots represents up to 70% of l'aire de surface restante de la contre-électrode.  the remaining surface area of the counter-electrode. 3 Transducteur selon la revendication 1 ou 2, carac-  Transducer according to claim 1 or 2, characterized térisé en ce que la surface de la contre-électrode délimitée par les creneaux (la, 17, 19 a, 20 a, 21 a, 22 a) possède essentiellement la forme d'un cercle, d'un ova le, d'une ellipse ou d'un polygone régulier, en particulier d'un carré, d'un rectangle ou d'un hexagone (figures 3,  characterized in that the surface of the counter-electrode delimited by the crenels (la, 17, 19a, 20a, 21a, 22a) has essentially the shape of a circle, an ova, a ellipse or a regular polygon, in particular a square, a rectangle or a hexagon (FIGS. 4).4). 4 Transducteur selon l'une quelconque des revendica-  4 Transducer according to any one of the claims tions 1 l 3, caractérisé en ce que la contre-électrode ( 11) est formée de façon en soi connue de métal, d'une matière synthétique revêtue de métal, d'une matière synthétique électriquement conductrice, d'un matériau susceptible d'être transformé en électret ou d'un métal sur lequel a été appliqué un matériau susceptible d'être transformé en électret.  1 to 3, characterized in that the counterelectrode (11) is formed in a manner known per se of metal, a metal-coated synthetic material, an electrically conductive synthetic material, a material capable of be transformed into electret or a metal on which was applied a material capable of being transformed into electret.