DE2061210A1

DE2061210A1 - Electrostatic converter

Info

Publication number: DE2061210A1
Application number: DE19702061210
Authority: DE
Inventors: Nobuhisa Atoji; Hisashi Yoshimura
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1969-12-11
Filing date: 1970-12-11
Publication date: 1971-06-24
Also published as: JPS5220851B1; US3858307A; FR2070812A1; CA944473A; FR2070812B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf elektrostatische Wandler. The invention relates to electrostatic transducers.

Für den Betrieb bekannter Wandler benötigen diese eine hohe Gleich-Vorspannung Eq, sodaß die Lautsprechereinheit einen Hochspannungsgenerator sowie einen Verstärker mit umfassen muß und eine Signaleingangsklemme und eine Vorspannungsklemme benötigt wird, was Beschränkungen hinsichtlich des Lautsprecherentwurfs mit sich bringt und zu erhöhten Herstellungskosten führt. Außerdem führt die Gleich-Vorspannung zu einer Ionisation der Luftschicht zwischen den Elektroden und macht somit die Lautsprecherempfindlichkeit unstabil, woraus sich zahlreiche praktische Probleme ergeben. Außerdem bringt die Verwendung ' der hohen Gleichspannung Komplikationen für die Verwendung mit sich.For the operation of known transducers, these require a high DC bias voltage Eq, so that the loudspeaker unit has a High voltage generator and amplifier must include and a signal input terminal and a bias terminal required becomes what restrictions on speaker design brings with it and leads to increased manufacturing costs. In addition, the DC bias leads to ionization the air layer between the electrodes and thus makes the speaker sensitivity unstable, which results in numerous practical problems arise. In addition, the use of the high DC voltage brings complications for use themselves.

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Zur Überwindung der genannten Nachteile der elektrostatischen Wandler, die eine hohe Gleich-Vorspannung benötigen, ist es vorgeschlagen worden, als vibrierenden Film des Wandlers einen "Elektret" - Film zu verwenden, der vorpolarisiert ist und permanente elektrische Ladung prägt. Zur Vorpolarisierung des Plastikfilms ist es jedoch gewöhnlich erforderlich, den Film durch Anordnen in einem starken elektrischen Gleichfeld bis zu seinem Erweichungspunkt zu erhitzen, ihn bei dieser Temperatur für eine gegebene Zeitspanne zu belassen und dann in einer gegebenen Zeitspanne auf Zimmertemperatur abzukühlen, wodurch die Polarisation eingefroren oder thermofixiert wird.To overcome the mentioned disadvantages of the electrostatic converters, which require a high DC bias voltage, It has been proposed to use an "electret" film which is prepolarized as the vibrating film of the transducer and permanent electrical charge. In order to pre-polarize the plastic film, however, it is usually necessary to use the Heat the film to its softening point by placing it in a strong DC electric field To maintain temperature for a given period of time and then to cool to room temperature in a given period of time, whereby the polarization is frozen or thermoset.

Diese Erfordernisse bedingen jedoch nicht nur besondere Ausrüstung, sondern auch komplizierte Fertigungsschritte und eine lange Zeit, nämlich eine bis 0,5 Std., so daß die Produktivität gering ist und die Herstellungskosten hoch liegen.However, these requirements not only require special equipment, but also complicated manufacturing steps and a long time, namely, one to 0.5 hours, so that the productivity is low and the manufacturing cost is high.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrostatischen Wandler zu schaffen, der frei von in den bekannten Wandlern dieser Art auftretenden Nachteilen ist und leicht herstellbar ist.The invention is based on the object to provide an electrostatic converter which is free from in the known Converters of this type occurring disadvantages and is easy to manufacture.

Gemäß der Erfindung soll ein elektrostatischer Wandler zur Verwendung in Lautsprechern, Mikrophonen, Sonden und dgl. geschaffen werden, der einen vibrierenden Film aus einem dielektrischen Material wie etwa aus Plastikfilm verwendet, das leicht durch die erzwungene Induktion und die Ladungsanziehungs» erscheinung darin dauerhaft polarisierbar ist und für den Betrieb keine Gleich-Vorspannung benötigt.According to the invention, an electrostatic transducer for use in speakers, microphones, probes and the like. using a vibrating film made of a dielectric material such as plastic film, the easily by the forced induction and the charge attraction » appearance is permanently polarizable and does not require DC bias for operation.

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Gemäß der Erfindung ist die permanente elektrostatische Ladung auf denr vibrierenden Film durch Anlegen einer bis zur Sättigung polarisierenden Spannung daran für die Dauer einiger Sekunden aufbaubar, so daß es möglich ist, den elektrostatischen Wandler ohne das Erfordernis einer Gleich-Vorspannung für den Betrieb herzustellen. Es ist damit möglich, einen elektrostatischen Wandler zu schaffen, der weder einen Hochspannungsgenerator noch eine Vorspannungsklemme benötigt. Außerdem kann die Ionisation der Luftschicht zwischen den Elektroden beseitigt werden, wodurch die Empfindlichkeit und andere Charakteristiken des Wandlers auffällig verbessert werden.According to the invention, the permanent electrostatic charge on the vibrating film is by applying an up to Saturation polarizing voltage builds up on it for a period of a few seconds, so that it is possible to use the electrostatic Converter without the requirement of DC bias for the Establish operation. It is thus possible to create an electrostatic transducer that does not require a high voltage generator or a bias clamp. Also can the ionization of the air layer between the electrodes can be eliminated, increasing the sensitivity and other characteristics of the converter are noticeably improved.

Außerdem kann die sättigende Polarisierungsspannung angelegt werden, nachdem der Wandler zu einem Lautsprecher, Mikrophon oder dgl. zusammengebaut ist. Hierdurch wird verhindert, daß die anfänglich aufgebaute Ladung während des Zusammenbaus anderweitig neutralisiert wird.In addition, the saturating polarization voltage can be applied after the converter to a loudspeaker, microphone or the like. Is assembled. This prevents the initially built-up charge from being lost during assembly otherwise neutralized.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt und zwar zeigen:Further details, advantages and features of the invention result from the following description. The invention is shown in the drawing, for example demonstrate:

Fig, 1, eine schematisehe Ansicht eines herkömmlichen elektrostatischen Wandlers,Fig. 1 is a schematic view of a conventional electrostatic transducer,

Fig. 2, eine schematisehe Veranschaulichung der der Erfindung zugrundeliegenden Prinzipien undFigure 2 is a schematic illustration of the invention underlying principles and

Fig. 3 eine Hysteresecharakteristik zur Darstellung der Beziehung zwischen der an den vibrierenden Film angelegten polarisierenden Spannung und dem rest-Fig. 3 is a hysteresis characteristic showing the relationship between the polarizing voltage applied to the vibrating film and the residual

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lichen Schalldruck, der auftritt, wenn der erfindungsgemäße Wandler als Lautsprecher verwendet wird.union sound pressure that occurs when the transducer according to the invention is used as a loudspeaker.

Ein typisches Beispiel eines elektrostatischen Wandlers ist ein elektrostatischer Lautsprecher, wie er in seiner herkömmlichen Ausführung in Fig. 1 der Zeichnung veranschaulicht ist. Er umfaßt einen vibrierenden Film 1 aus einem dielektrischen Material, auf dessen einer Oberfläche durch Niederschlagen oder Aufbringen eines dünnen Films aus einem Material wie Aluminium oder Silber eine mit dem Film 1 vibrierende Elektrode 2 gebildet ist, sowie eine feste Elektrode 3 aus einer durchstanzten oder gelochten Metallplatte, die parallel zum vibrierenden Film 1 verläuft und mit diesem einen Kondensator bildet. Ein Abstandstück 5 hält die feste Elektrode 3 und den vibrierenden Film 1 um einen bestimmten, von den geforderten akustischen Charakteristiken bestimmten, Abstand auseinander und begrenzt zwischen ihnen eine Luftschicht 6.A typical example of an electrostatic transducer is an electrostatic speaker as it is in its conventional one Embodiment is illustrated in Fig. 1 of the drawing. It comprises a vibrating film 1 made of a dielectric Material, on one surface of which by depositing or applying a thin film of a material such as aluminum or silver, an electrode 2 vibrating with the film 1 is formed, and a fixed electrode 3 is formed from a punched or perforated metal plate, which runs parallel to the vibrating film 1 and with this a capacitor forms. A spacer 5 holds the fixed electrode 3 and the vibrating film 1 around a certain one of those required acoustic characteristics determined the distance from each other and delimits an air layer 6 between them.

Bei einem Lautsprecher der genannten Konstruktion wird ein einer hohen Gleichspannung Eq überlagertes Wechselspannungssignal e an die beiden Elektroden 2 und 3 angelegt und der vibrierende Film 1 schwingt zur Erzeugung von Schalldruck.In the case of a loudspeaker of the construction mentioned, an alternating voltage signal is superimposed on a high direct voltage Eq e is applied to the two electrodes 2 and 3, and the vibrating film 1 vibrates to generate sound pressure.

Gemäß Fig. 2 kommt ein vibrierender dielektrischer dünner Film 7 zur Anwendung, der aus einem Plastikmaterial wie etwa unter der Handelsbezeichnung "Tetron" bekanntem Kunststoff unter der Handelsbezeichnung "Mylar" bekanntem Kuststoff, Polyimid oder Fluorin-Verbindungsharz, beispielsweise Äthylentetrafluorid ader Polyvinylidenfluorid, die leicht einer per-Referring to Fig. 2, a vibrating dielectric thin film 7 made of a plastic material is used such as plastic known under the trade name "Tetron" under the trade name "Mylar" plastic known, Polyimide or fluorine compound resin, such as ethylene tetrafluoride or polyvinylidene fluoride, which easily per-

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manenten Polarisation unterworfen werden können besteht. Er ist an einer Seite mit einer vibrierenden Elektrode 8 versehen, wie bei einem bekannten Wandler, und liegt einer feststehenden Elek trode 9 gegenüber, die mit einer Vielzahl von kleinen Löchern 10 versehen ist. Die feste Elektrode 9 und der vibrierende Film 7 begrenzen zwischen sieh eine Luftschicht 11.can be subjected to permanent polarization. It is provided with a vibrating electrode 8 on one side, such as in a known transducer, and is a fixed elec trode 9 opposite, which has a plurality of small holes 10 is provided. The fixed electrode 9 and the vibrating film 7 define an air layer 11 therebetween.

Bei dieser Konstruktion wird eine Sättigungs-polarisierende Spannung zwischen die Elektroden 8 und 9 so angelegt, daß die verbleibende Ladung am vibrierenden Film 7 maximal ist, wodurch eine permanente Polarisation des vibrierenden Films 7 durch die Erscheinung der erzwungenen Induktion und der Ladungsanziehung darin verursacht wird.In this construction, a saturation polarizing voltage is applied between the electrodes 8 and 9 so that the remaining charge on the vibrating film 7 is maximum, whereby a permanent polarization of the vibrating film 7 caused by the phenomenon of forced induction and the attraction of charge therein.

Die Richtung der Polarisation beim Anlegen einer Polarisationsspannung E an die Elektroden 8 und 9 ist in Fig. 2 dargestellt. Selbst bei Entfernung der polarisierenden Spannung E_ bleibt der vibrierende Film 7 polarisiert. Dies dürfte mit spontaner Polarisation für permanente oberflächliche Ladungsanziehung zu erklären sein. The direction of polarization when a polarization voltage E is applied to the electrodes 8 and 9 is shown in FIG. Even if the polarizing voltage E_ is removed, the vibrating film 7 remains polarized. This should be with spontaneous polarization can be explained for permanent superficial charge attraction.

Fig. 3 zeigt eine Hysteresis-Gharakteristik des Ausgangs-Schalldrucks p, der durch Verwendung eines "Tetron" Films von 15 Micron Dicke als vibrierender Film 7 und Anlegen eines Eingangssignals e nach mehrsekündigem Anlegen der polarisierenden Spannung E erhalten wird.Fig. 3 shows a hysteresis characteristic of the output sound pressure p obtained by using a "Tetron" film 15 microns thick as the vibrating film 7 and applying of an input signal e after applying the polarizing signal for several seconds Voltage E is obtained.

Ist der Plastikfilm absolut unpolarisiert, so folgt der ' Schalldruck dem gestrichelt eingezeichneten Verlauf in Fig. 3. In Wirklichkeit trägt jedoch der Plastikfilm gewöhnlich eine jIf the plastic film is absolutely unpolarized, the sound pressure follows the curve drawn in dashed lines in FIG. 3. In reality, however, the plastic film usually has a j

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leichte negative Ladung. Aufgrund der natürlichen Ladung des Films beginnt der Schalldruck, einem Abschnitt 1 der Kurve zu folgen, und läuft dann durch Abschnitte 2, 3, 4, 5 und 6 der iHysteresiskurve in der angegebenen Reihenfolge zurück zum Abischnitt 2, wenn die polarisierende Spannung am nicht polari-slight negative charge. Due to the natural charge of the film, the sound pressure begins to move towards a section 1 of the curve and then runs through sections 2, 3, 4, 5 and 6 of the iHysteresis curve in the specified order back to the section 2, if the polarizing voltage at the non-polar

I sierten Film in kleinen Schritten zu einem positiven Maximum j erhöht wird, dann auf ein negatives Maximum reduziert wird und zum positiven Maximum zurückkehrt.I based film is increased in small steps to a positive maximum j, then reduced to a negative maximum and returns to the positive maximum.

Wird der erfindungsgemäße Wandler als Lautsprecher verwendet, so bestimmt sich die Sättigungs-polarisierende Spannung JE¹, die einige Sekunden anzulegen ist, nach der Lautsprecher-I konstruktion, der Dicke der Luftschicht 11 und dem Material des vibrierenden Films 7. Nach dem Wegnehmen der sättigenden polarij sierenden Spannung kann ein Rest-Schalldruck von etwa 98 db er-I halten werden, so daß die Vorspannung überflüssig wird.If the transducer according to the invention is used as a loudspeaker, the saturation-polarizing voltage JE ¹ , which is to be applied for a few seconds, is determined by the loudspeaker construction, the thickness of the air layer 11 and the material of the vibrating film 7. After removing the saturating film polarizing voltage, a residual sound pressure of about 98 db can be maintained, so that the bias voltage is superfluous.

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Claims

2ti6121

Patent claims:

An electrostatic transducer having a vibrating film on a plastic material, one of integral with the Vibrate ¹ the film formed vibrating electrode and a stationary electrode connected to the vibrating electrode an air; layer bounded, characterized in that the vibrating; Film (7) is made of an easily permanently polarizable material M 'and due to the phenomena of forced induction; and the attraction of charge caused by the application of a saturation; polarizing voltage between the vibrating electrode (8): and the stationary electrode (9) is caused so permanently: are polarized that the residual charge on the vibrating film (7) is a maximum.

'.. 2. An electrostatic transducer according to claim 1, characterized in that the plastic material of the vibrating film (7) is selected from the group "Tetraäthylpyrophosphat-Präperat", "Milar", a polyamide resin and Flourinverbindungsharz. (§

^: 3. A method for producing the electrostatic transducer according to claim 1 or 2, characterized in that the ^; Saturation-polarizing voltage (E) after assembling the one formed integrally with the vibrating electrode (8); vibrating film (7) and the stationary electrode (9) to a loudspeaker, microphone, probe or the like. A few • seconds is applied.

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