DE3325966A1

DE3325966A1 - Electrostatic transducer, particularly condenser microphone

Info

Publication number: DE3325966A1
Application number: DE19833325966
Authority: DE
Inventors: Richard Ing. 1110 Wien Pribyl
Original assignee: AKG Akustische und Kino Geraete GmbH
Current assignee: AKG Acoustics GmbH
Priority date: 1982-07-22
Filing date: 1983-07-19
Publication date: 1984-01-26

Abstract

In an electrostatic transducer, particularly a condenser microphone, having a diaphragm and a counter-electrode, the counter- electrode (11) constructed as a thin platelet is provided on its periphery with recesses (11a, 17, 19a, 20a, 21a, 22a). The usefully effective capacitance is then about 70% and the parasitic capacitance about 30% of the total capacitance for this shape of the counter- electrode. <IMAGE>

Description

Elektrostatischer Wandler, insbesondere Kondensatormikrophon Electrostatic converter, especially condenser microphone

Gegenstand der Erfindung ist ein elektrostatischer Wandler, insbesondere ein Kondensatormikrophon mit einer Membran und einer Gegenelektrode. The invention relates to an electrostatic converter, in particular a condenser microphone with a membrane and a counter electrode.

Bei einem Kondensatormikrophon dieser Art bildet die im Abstand von 30 /um bis 50 /um hinter der Membran angeordnete Gegenelektrode die starre, unbewegliche Elektrode des Kondensatormikrophones, die zumeist aus einer flachen, elektrisch leitenden Scheibe besteht. In a condenser microphone of this type, the forms at a distance of 30 / µm to 50 / µm behind the membrane the counter-electrode is the rigid, immovable Electrode of the condenser microphone, which mostly consists of a flat, electric conductive disc.

Diese Scheibe ist mit einer größeren Anzahl von Bohrungen oder Schlitzen versehen, um die sehr niedrige und kleine Luftkammer zwischen Membran und Gegenelektrode entweder an weitere akustisch wirksame Mittel innerhalb des Mikrophongehäuses anzukoppeln oder aber, wie es für Richtmikrophone erforderlich ist, über angekoppelte akustische Mittel mit dem äußeren Schallfeld zu verbinden. This disc has a larger number of holes or slots provided to the very low and small air chamber between membrane and counter electrode either to be coupled to other acoustically effective means within the microphone housing or, as is required for directional microphones, via coupled acoustic Means to connect with the external sound field.

Derartige Gegenelektroden sind beispielsweise in der DE-AS 14 37 420 und in der DE-OS 24 30 068 beschrieben. Such counter electrodes are for example in DE-AS 14 37 420 and in DE-OS 24 30 068 described.

Bei elektrostatischen Wandlern, insbesondere Kondensatormikrophonen, wird die Kondensatorkapazität im wesentlichen von der Fläche der Gegenelektrode und der davor befindlichen elektrisch leitenden Membran und deren Abstand zueinander bestimmt. Wird die Membran des Kondensatormikrophons mit Schall beaufschlagt, so ist jedoch nur ein Teil der Gesamtkapazität für die übertragung des Signals nutzbar wirksam; der zur wirksamen Eapazität verbleibende Rest der Gesamtkapazität - die sogenannte parasitäre Kapazität -, verursacht im wesentlichen durch konstruktionsbedingte feststehende Teile, führt zur Verschlechterung des übertragungsfaktors, des Signal-Rauschabstandes und der nicht linearen Verzerrungen. Daher erweist es sich als notwendig, das Verhältnis von nutzbar wirksamer Kapazität zu parasitäler Kapazität möglichst groß zu halten. For electrostatic converters, especially condenser microphones, the capacitor capacitance is essentially determined by the surface of the counter electrode and the electrically conductive membrane in front of it and the distance between them certainly. Becomes the diaphragm of the condenser microphone with sound charged, however, only part of the total capacity is for the transmission of the signal usable effective; the remainder of the total capacity remaining to the effective capacity - the so-called parasitic capacitance - caused essentially by construction-related Fixed parts, leads to a deterioration in the transmission factor, the signal-to-noise ratio and the non-linear distortions. Hence it turns out to be necessary to the ratio to keep from usable effective capacitance to parasitic capacitance as large as possible.

Die bisher bekannt gewordenen Gegenelektroden haben es bei einem Durchmesser, größer als 15 mm, noch ermöglicht, das vorgenannte Verhältnis hinreichend groß zu halten, damit die negativen Auswirkungen, wie Verschlechterung des übertragungsfaktors, des Signal-Rauschabstandes und der nichtlinearen Verzerrungen, in erträglichen Grenzen bleiben. The previously known counter electrodes have it with one Diameter greater than 15 mm still allows the aforementioned ratio to be sufficient to be kept large so that the negative effects, such as deterioration of the transmission factor, the signal-to-noise ratio and the non-linear distortion, within tolerable limits stay.

Die auch bei Kondensatormikrophonen fortschreitende Miniaturisierung verlangt einen Durchmesser von Membran und Gegenelektrode, der kleiner als 7 mm ist. Daraus ergibt sich das Problem, daß die parasitäre Kapazität gegenüber der nutzbaren Wirkkapazität unvertretbar groß wird. So beträgt beispielsweise bei einem Elektrodendurchmesser von 5,8 mm und einem Abstand der Membran von der Gegenelektrode von 40 /umbei einer herkömmlichen Ausbildung der Gegenelektrode die parasitäre Kapazität 3,4 pF und die wirksame Kapazität nur 3 pF. The advancing miniaturization of condenser microphones requires a diameter of membrane and counter electrode that is less than 7 mm is. This results in the problem that the parasitic capacitance compared to the usable effective capacity becomes unacceptably large. For example, for one Electrode diameter of 5.8 mm and a distance between the membrane and the counter electrode of 40 / µm with a conventional design of the counter electrode, the parasitic capacitance 3.4 pF and the effective capacity only 3 pF.

Es ist nun das Ziel der Erfindung, eine Form für die Gegenelektrode zu finden, für die die nutzbar wirksame Kapazität etwa 7/o der Gesamtkapazität und die parasitäre Kapazität etwa 30% der Gesamtkapazität beträgt. It is now the object of the invention to provide a mold for the counter electrode to find for which the usable effective capacity is about 7 / o of the total capacity and the parasitic capacitance is about 30% of the total capacitance.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die plättchenförmige Gegenelektrode an ihrem Umfang mit Aussparungen versehen ist. Eine solchermaßen ausgebildete Gegenelektrode weist an ihrem Umfang durch die verbleibenden sternartigen Stege eine parasitäre Kapazität von 1,3 pF gegenüber einer nutzbar wirksatten Kapazität von 3 pF bei einem Gesamtdurchmesser der Gegenelektrode von 5,8-mm auf. Das Verhältnis nutzbar wirksamer Kapazität zu parasitärer Kapazität ist dadurch wieder zu einem günstigen Wert gerückt. Vor allem nimmt die Empfindlichkeit des Kondensatormikrophones durch diese neue Form der Gegenelektrode gegenüber der herkömmlichen Form für Gesamtdurchmesser kleiner als 7 mm um nahezu 3o' zu.This goal is achieved according to the invention in that the platelet-shaped Counter electrode is provided with recesses on its circumference. Such a thing formed counter electrode has on its circumference through the remaining star-like Web a parasitic Capacity of 1.3 pF compared to a usable effective capacitance of 3 pF with a total diameter of the counter electrode of 5.8 mm. The ratio of usable effective capacitance to parasitic capacitance has moved back to a favorable value. First of all, the sensitivity increases of the condenser microphone due to this new form of the counter electrode compared to the conventional shape for total diameters smaller than 7 mm by almost 3o 'too.

Die am Umfang der Gegenelektrode ausgesparten Stellen bilden für die in der niedrigen und kleinen Luftkammer zwischen Membran und Gegenelektrode vorhandene Suft einen DurchlaB nach hinten. Die Funktion der Bohrungen oder Schlitze in einer herkömmlichen Elektrode wird durch die Aussparungen im Zusammenwirken mit dem Distanzring zwischen Gegenelektrode und Membran übernommen, sodaß die Ankopplung weiterer akustisch wirksamer Mittel, wie beaspielsweise akustische Reibungen, Federungen oder Massen, und die für Richtmikrophone erforderliche Verbindung zum Schallfeld über die aus Distanzring und Aussparung gebildeten Schlitze erfolgt. The recessed areas on the circumference of the counter electrode form for those in the low and small air chamber between the membrane and the counter electrode Existing suft a passage to the rear. The function of the holes or slots in a conventional electrode is through the recesses in cooperation with taken over the spacer ring between the counter electrode and membrane, so that the coupling further acoustically effective means, such as acoustic friction, suspension or masses, and the connection to the sound field required for directional microphones takes place via the slots formed by the spacer ring and recess.

Die Herstellung einer erfindungsgemäßen plättchenförmigen Gegenelektrode mit Aussparungen am Umfang, insbesondere einer solchen mit Sternform, ist durch Stanzen des Materials besonders einfach und vorteilhaft durchführbar im Vergleich zur Herstellung einer Gegenelektrode herkömmlicher Bauweise. Wenn der Durchmesser der Gegenelektrode nämlich kleiner als 7 mm wird, treten im bekannten Fall große Schwierigkeiten auf, einen zum Stanzen der Löcher geeigneten Lochdurchmesser im Verhältnis zur Materialdicke des Plättchens festzulegen. Vielfach muß auf Ätzmethoden ausgewichen werden, die wesentlich aufwendiger als Stanzen sind. Besonders das sehr schwierige Stanzen von löchern oder Schlitzen in Eunststoffen wie s.B. The production of a platelet-shaped counter electrode according to the invention with recesses on the circumference, especially one with a star shape, is through Punching the material can be carried out particularly easily and advantageously in comparison for the production of a counter electrode of conventional design. When the diameter the counter electrode becomes smaller than 7 mm, large ones occur in the known case Difficulties in finding a suitable hole diameter in the Determine the ratio to the material thickness of the plate. In many cases, you have to rely on etching methods be avoided, which are much more complex than punching. Especially that very much difficult punching of holes or slots in plastics such as s.B.

Teflon für elektretisierbare Gegenelektroden wird durch die neue Art der Elektrodenform nicht mehr erforderlich, weil die am Umfang des Plättchens vorgesehenen Aussparungen leicht zu stanzen sind.The new type of Teflon for electretizable counter electrodes the shape of the electrode is no longer necessary because the ones provided on the circumference of the plate Recesses are easy to punch.

Da die parasitäre Kapazität nur im Bereich des Elektrodenrandes wirksam wird, wird man di-- ausgesparte Fläche zweckmäßiger Weise so groß wählen, daß durch sie die parasitäte Kapazität weitestgehend herabgesetzt wird. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung beträgt die ausgesparte Fläche bis zu 7A' der verbleibenden Elektrodenfläche. Dadurch wird erreicht, daß das Verhältnis der nutzbaren Kapazität zur parasitären Yapazität tatsächlich einen solchen Wert annimmt, der erforderlich ist, um ein in Hinblick auf hohe vmpfindlichkeit, guten übertragungsfaktor, guten Signal-Rauschabstand und niedrige nichtlineare Verzerrungen hochwertiges Kondensatormikrophon zu realisieren. Since the parasitic capacitance is only effective in the area of the electrode edge the recessed area is expediently chosen so large that through it reduces the parasitic capacitance as much as possible. According to another The feature of the invention is the recessed area up to 7A 'of the remaining Electrode area. This ensures that the ratio of the usable capacity for the parasitic capacitance actually assumes such a value as is required is, in terms of high sensitivity, good transmission factor, good Signal-to-noise ratio and low non-linear distortion high quality condenser microphone to realize.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die von den Aussparungen begrenzte Fläche der Gegenelektrode nicht nur die Form eines Kreises haber kann, sondern gegebenenfalls auch die eines Polygons, eines Ovals oder einer Ellipse. Aus praktischen Gründen wird man jedoch im allgemeinen bei der Herstellung eines Kondensatormikrophones auf die Kreisform zurückgehen. A further development of the invention consists in that the recesses limited surface of the counter electrode can not only have the shape of a circle, but possibly also that of a polygon, an oval or an ellipse. However, as a practical matter, one will generally use one when making one Condenser microphones go back to the circular shape.

Es sind aber für spezielle Anwendungen, wie beispielsweise für Hörhilfen für Schwerhörige, auch andere Formen zweckmäßig, sodaß garz allgemein gesehen als UTmfargsbegrenzung für die Gegenelektrode und damit auch für die Membran eines Kondensatormikrophons auch ein Polygon, ein Oval oder eine Ellipse denkbar sind.But they are for special applications, such as hearing aids For the hard of hearing, other forms are also appropriate, so that it is generally seen as UTmfarg limit for the counter electrode and thus also for the membrane of a condenser microphone a polygon, an oval or an ellipse are also conceivable.

Für die verschiedenen, heute bekannten Ausführungsformen eines elektrostatischen Wandlers, wie mit von außer an den Wandler zugeführter Polaristionsspannung oder im Wandler selbst mittels eines Xlektreten erzeugter Polarisationsspannung, ist eine Gegenelektrode vorgesehen, die in an sich bekannter Art aus F¢tall, aus metallbeschichteten Kunststoff oder aus as Elektret wirksamen Material bestehen kann. For the various embodiments of an electrostatic that are known today Converter, such as with the polarization voltage supplied to the converter or polarization voltage generated in the transducer itself by means of a kick a counter-electrode is provided which, in a manner known per se, is made of metal-coated metal Plastic or as electret material can be active.

Im folgenden wird die Erfindung an Fand der Zeichnung, die im wesentlichen Ausführungsbeispiele darstellt, näher erläutert. Es zeiger die Fig. la bis ic Draufsichten auf einige herkömmliche Elektrodenausführungen, Fig. 2 einen Querschnitt eines Kondensatormikrophones mit der erfindungsgemäßen Gegenelektrode, Fig. 3 eine Draufsicht af eine erfindungsgemäße Gegenelektrode in Kreisform und die Fig. 4a bis 4d Draufsichten auf verschiedene Formen der erfindungsgemäßen Gegenelektrode. In the following the invention is based on the drawings, which essentially Represents exemplary embodiments, explained in more detail. It shows the Fig. 1a to ic plan views of some conventional electrode designs, FIG. 2 a Cross section of a capacitor microphone with the counter electrode according to the invention, 3 shows a plan view of a counter electrode according to the invention in a circular shape and FIGS. 4a to 4d are top views of different shapes of the counter electrode according to the invention.

Die in den Fig. la bis ic gezeigten Draufsichten auf mit Diirchbrechungen versehene, insbesondere durchbohrte Gegenelektroden 1, 2, 3 stellen den bekannten stand der Technik dar. Die Bohrungeru 4 sind im allgemeinen nach einem geometrischen Muster angeordnet, wogegen die Schlitze 5 kreisförmig angeordnet sind. Sowohl durch die Bohrungen als auch durch die Schlitze können weitere akustische Mittel, die hinter der Gegenelektrode angeordnet sind, an die niedere Luftkammer zwischen Membran und GegenelekEPode angekoppelt werden. The top views shown in FIGS provided, in particular pierced counter-electrodes 1, 2, 3 represent the known state of the art. The bores 4 are generally according to a geometric Arranged pattern, whereas the slots 5 are arranged in a circle. Both through the bores as well as through the slots can further acoustic means that are arranged behind the counter electrode, to the lower air chamber between the membrane and GegenelekEPode can be coupled.

Die im Randbereich der Gegenelektrode befindliche Fläche, die zur Ausbildung der parasitären Kapazität beiträgt, ist als gepunktete Zone 6 dargestellt. Der durch diese ringförmige Fläche, zusammen mit der als Elektrode wirksamen gegenüberliegenden Membran, gebildete kreisringförmige Kondensator besitzt einen Ea:pazitätswert, der größer ist als die Hälfte der gesamten, aus Membran und Gegenelektrode entstehenden Kapazität.The area located in the edge area of the counter electrode that is used for Contribution to the formation of the parasitic capacitance is shown as dotted zone 6. The one through this ring-shaped surface, together with the opposite one that acts as an electrode Diaphragm, formed annular capacitor has an Ea: capacitance value, the is greater than half of the total resulting from the membrane and counter electrode Capacity.

Fig. 2 stellt den Querschnitt eines mit der erfindllngsgemä3en Gogenelektrode versehenen Eondensatormikrophones dar. Innerhalb des Mikrophongehäuses 7, das an seiner Vorderseite Schalleintrittsöffnungen 7a besitzt, wird die auf dem Membranhaltering 8 aufgespannte Membran 9 zusammen mit dem elektrisch isolierenden Distanzring 10 und der Gegenelektrode 11 von der Haltefeder 12 ueben die schulter 7b gedrückt, wobei sich die Haltefeder 12 gegen die Bodenplatte 13 abstützt. Die plättchenförmige Gegenelektrode 2'.ist längs ihres Umfangs mit den Aussparungen 11a versehen, die über die Schlitze 14a die Ankopplung der Luftkammer 14 an akustische Mittel hinter der Gegenelektrode 11 ermöglichen. Fig. 2 shows the cross section of one with the Gogen electrode according to the invention provided Eondensatormikrophones. Inside the microphone housing 7, which is on its front side has sound inlet openings 7a, which is on the membrane retaining ring 8 tensioned membrane 9 together with the electrically insulating spacer ring 10 and the counter electrode 11 pressed by the retaining spring 12, the shoulder 7b, the retaining spring 12 being supported against the base plate 13. The platelet-shaped Counter electrode 2 '. Is provided along its circumference with the recesses 11a which The coupling of the air chamber 14 to acoustic ones via the slots 14a middle allow behind the counter electrode 11.

Die Fig. 3 zeigt die voraussichtlich wichtigste Gestalt einer erfindungsgemäßen Gegenelektrode 15 in Kreisform mit sternförmigen Ansätzen 16, die durch am Umfang der Elektrode vorhandenen Aussparungen 17 gebildet werden. Die zur Ausbildung der parasitären Kapazität maßgeblichen Elektrodenflächen sind auf den Ansätzen 15 als punktierte Zonen 18 gekennzeichnet. Diese Zanen sind gegenüber der Gesamtfläche der Elektrode so klein, daß die parasitäre Kapazität nur mehr ein Drittel der Gesamtkapazität beträgt, wodurch ein günstiges Verhältnis von nutzbar "wirksamer Kapazität" zu "parasitärer Kapazität erzielt wird. 3 shows what is likely to be the most important form of one according to the invention Counter electrode 15 in a circular shape with star-shaped projections 16, which through the circumference the electrode existing recesses 17 are formed. The training of the parasitic capacitance relevant electrode areas are on the approaches 15 as marked dotted zones 18. These zanen are opposite the total area of the electrode so small that the parasitic capacitance is only a third of the total capacitance is, whereby a favorable ratio of usable "effective capacitance" to "parasitic Capacity is achieved.

den In7Fig. 4a bis 4d sind weitere mögliche Ausbildungsformen einer erfindungsgemäßen, plättehenförmigen Gegenelektrode dargestellt. So stellen die Urrandungen 19 und 20 der Ausführungsformen nach den Fig. 4a und 4b einen Polygonzug dar, während die Ausführungsform nsh Fig. 4c auf einer ovalen Umrandung 21 und die Ausführungsform nach Fig. 4d auf einer elliptischen Umrandung 22 aufbaut. Die längs des Elektrodenrandes vorgenommenen Aussparungen sind mit lava, 20a, 21a und 22a bezeichnet. the In7Fig. 4a to 4d are further possible forms of training According to the invention, plate-shaped counter-electrode shown. So put the Primary edges 19 and 20 of the embodiments according to FIGS. 4a and 4b are a polygon while the embodiment nsh Fig. 4c on an oval border 21 and the The embodiment according to FIG. 4d is based on an elliptical border 22. The lengthways Recesses made on the edge of the electrode are marked with lava, 20a, 21a and 22a designated.

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Claims

Claims: S electrostatic converter, especially condenser microphone, with a membrane and a counter electrode, characterized in that the platelet-shaped Counter electrode (11) on its circumference with recesses (11a, 17, 19a, 20a, 21a, 22a) is provided.

2. Electrostatic converter according to claim 1, characterized in that that the recessed area is up to 70 of the remaining electrode area.

3. Electrostatic converter according to claim 1 or 2, characterized in that that the by the recesses (via, 17, 19a, 20a, 21a, -22a) bounded area of the Counter electrode essentially has the shape of a circle, an oval, an ellipse or a regular polygon, in particular a square, rectangle or Hexagon (Fig. 3, 4).

4. Electrostatic converter according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that, as known per se, the counter electrode (11) made of metal metal-coated plastic, made of electrically conductive plastic, made of electretizable Material or made of metal with an electretizable material applied is.