專利名稱：電容性換能器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于電容性的換能器，例如表面極化型的或者是駐極體型，即所知的預先極化型的電容性麥克風。
特別地，本發(fā)明是關于具有兩個導電的板片或者兩個電極類型的電容性的換能器，兩個板片或者兩個電極中的一個相對于另一個被認為的固定電極是可以移動。該可移動電極被裝配在一個中間開口的環(huán)形的元件上，從而振動膜覆蓋在該中間開口上，而固定電極在該環(huán)形元件的中間開口中，它們之間被隔開，固定電極和可移動電極之間保持有一小段距離。本發(fā)明對于用于測量和科學用途的，在均勻性、線性、穩(wěn)定性和對環(huán)境變化靈敏度方面有較高要求的電容器麥克風有特殊的重要性。在下文中，術語“電容器”和“電容性”是可以相互替換使用的。
本發(fā)明特別涉及用于諸如電容器麥克風之類的換能器中的電容性換能器。
背景技術：
對于用于測量和科學用途的麥克風需要滿足的最基本的要求是該麥克風的聲音性能一定要好，這就意味著，為了得到好的測量精度，麥克風的線性和穩(wěn)定性要好，同時麥克風對待測聲場的干擾和影響要能被很好地控制和預知。此外，麥克風有必要對諸如溫度和靜壓力之類的環(huán)境變化有很低的靈敏度。為了得到可重復的結果和延長校準之間的間隔，該麥克風也有必要展示出很好的短期和長期的穩(wěn)定性。此外，必須可以通過簡單的方法來進行校準，用來校驗該麥克風的基本特性，包括它的頻率響應和靈敏度。此外還必須不但可以通過直接的測量，而且還可以通過基于理論計算來預期該麥克風的性能，以給已測量的信號一個獨立的確認。
用于科學和測量目的的電容器麥克風通常由精確加工的機械元件構成。電容器麥克風的主要元件是一個固定電極，也稱為背板電極，和一個作為振動膜的可移動電極，當靜止時，該可移動電極和背板電極之間保持確定的距離。背板電極和振動膜一起構成了電容器的電極，用普通的空氣作為電介質。在高質量的換能器中，振動膜是由金屬制成的，通常裝配在麥克風外殼的一端。麥克風外殼、電介質以及振動膜形成了一個閉合的空間。在外部大氣和閉合空間之間出現(xiàn)壓力差別時，就會使振動膜移動，該移動會引起電容的變化，該變化可以被電氣測量。在高頻部分的頻率響應主要由振動膜的響應和它的阻尼決定。該響應頻率由振動膜的質量和它的機械張力決定。該阻尼依賴于位于振動膜和背板電極之間空隙中的空氣的動性，因此可以通過改變背板電極的幾何形狀和通過選擇振動膜和背板電極之間合適的距離來改變和控制阻尼。在大多數(shù)測量麥克風中，振動膜和背板電極之間典型的距離范圍為10μm到30μm。對于個別類型，為了使放置在有關區(qū)域的振動膜的阻尼均勻，振動膜和背板電極之間的距離誤差必須被控制在±5％以內(nèi)。通常通過在背板電極上鉆一些孔來控制阻尼，這些孔從振動膜和背板電極之間的空隙一直通到背板電極的后表面。電容器麥克風的靈敏度和電極間的距離成正比，和振動膜的張力成反比。由于張力依賴于金屬薄片的伸展度，為了獲得比較好的長期穩(wěn)定性，振動膜必須以很確定的方式被固定在麥克風的外殼或者環(huán)形元件上。
英國專利GB2 112 605公開了已有技術的電容器麥克風，如

圖1所示。該已有技術的麥克風具有一個圓柱形的麥克風外殼，有一個橫向的壁支撐一個和麥克風外殼同軸的內(nèi)圓柱形壁。一個由絕緣材料制成的環(huán)形的圓盤被壓裝到內(nèi)圓柱形壁的開口中。一層導電材料的涂層覆蓋在絕緣圓盤的上表面的中央部分，且和內(nèi)圓柱形壁隔開。該導電材料也覆蓋在環(huán)形圓盤的開口中的表面，那里有導線連接到涂層。該導線被連接到麥克風的一接線端，該端和外殼絕緣。導電振動膜被裝在外殼的所述的一端上，并且和環(huán)形圓盤上的涂層離開一小段距離。
如圖1所示，已有技術的麥克風有一些很大的問題，就是在可以進行測試和特性記述前，整個麥克風必須先裝配好，這樣麥克風的所有元件都會對麥克風的溫度靈敏度產(chǎn)生很大的影響，這就意味著必須很小心地選擇所有采用的元件的材料和尺寸。此外已有技術的麥克風的生產(chǎn)也很昂貴，而本發(fā)明提供了一種簡單的設計、簡單的制造和比較低的價格。
歐洲專利EP371 620公開了一種典型的用于低成本應用的麥克風。該結構通過將固定電極整合到外殼里，來取消所需的獨立的固定電極或者背板電極。雖然這是一種很好的方法來減少低成本麥克風中的元件數(shù)目，但是有很多原因使得其不適于在測量麥克風中應用。在這些原因中的一些是在測量麥克風涉及誤差的要求方面，它要求兩個電極之間的距離誤差控制在±5％以內(nèi)，該要求在這樣的設計中是達不到的；也就是說，比如麥克風由于突然掉到了地上而受到機械震動，外殼可能會變形，這將導致振動膜和固定電極之間的距離產(chǎn)生變化。此外，科學和測量用途的麥克風必須對溫度、濕度和靜壓力的變化有比較低的靈敏度，該要求在這樣的設計中很難達到。此外，為了給測量的數(shù)據(jù)一個相對獨立的確認，測量麥克風要求可以通過基于理論計算來預測麥克風的性能，該要求在這樣的設計中很難達到。

發(fā)明內(nèi)容
上述討論的已有技術中的一個問題是，在可以測試和特性記述前，整個換能器必須先裝配好。符合這種規(guī)格的換能器然后可能不得不被丟棄或者退回調(diào)整或修理。
本發(fā)明的目的是提供一種電容性的換能器來用于例如電容器麥克風中，其中電容性換能器確定了換能器的主要參數(shù)，這樣在早期階段，也就是說，在整個換能器被制造出來前，可能出現(xiàn)的不符合規(guī)格的偏差可以被檢測出來，因此可以獲得更經(jīng)濟的產(chǎn)品。
在本文中，術語“電極”是指一種導電元件，包括可以是攜帶電極的元件。
兩個電極可以都是可移動的，或者都是固定的，或者一個是固定的而另一個是可移動的。
在一個優(yōu)選實施例中，第一個電極是固定的，第二個電極是可移動的。
在一個優(yōu)選的實施例中，裝配好的支撐件和電極形成一個封閉的空間，該空間包含空氣。
在本文中，術語“封閉的空間包含空氣”是指包含在支撐件和電極之間的空氣可以是或者也可以不是密封的。
當支撐件包括一個確定一個軸向的圓柱形管狀的本體，該本體有內(nèi)表面和外表面，有第一軸端和第二軸端，固定電極固定在位于或者臨近第一軸端的本體的內(nèi)表面上，可移動電極沿其外周邊裝配在本體的第二軸端，并且以預先確定的距離和固定電極保持平行，這樣確保提供了一種靈活的方法來將換能器的電極相互保持在一個固定的幾何位置。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一個帶有兩個導電板片的電容性的換能器，一個例如是固定電極，另一個例如是相對于固定電極可移動的電極。該可移動電極裝配在換能器環(huán)形元件的一端，而固定電極放置在一個絕緣體上，該絕緣體被固定在環(huán)形元件的內(nèi)部，并且在和可移動電極有明確的一小段距離處支撐固定電極。由于兩個電極都裝配在環(huán)形元件上或者環(huán)形元件內(nèi)，因此該環(huán)形元件可以被嵌入到多種麥克風的外殼中，而不需要兼顧涉及穩(wěn)定性和環(huán)境靈敏度的整體要求。和以前相比，這樣就允許比較不嚴重的誤差和用比較便宜的材料來生產(chǎn)外殼。這樣就有很多優(yōu)點。麥克風的各部分元件可以以所需的精度范圍獨立地生產(chǎn)，從而避免了個體操作的需要。和以前相比，元件所選擇的材料和幾何形狀也不是很關鍵的事情，因為僅僅是由該電容性換能器來決定其靈敏度和頻率響應，以及大多數(shù)的環(huán)境靈敏度。最后，換能器在最終被裝配在麥克風外殼中前，可以測試該換能器的兩個基本參數(shù)的功能，頻率響應和靈敏度。這樣可以在生產(chǎn)過程中比原來更早地檢測關鍵參數(shù)是否超出誤差允許范圍，或者是檢測出和目標參數(shù)的偏差，及其缺陷和錯誤。這就導致在生產(chǎn)過程中成本的極大節(jié)儉。以前這種測試只能在整個麥克風裝配完成以后才能進行。
管狀本體包括一個外壁和一個穿過橫向壁且在第一個軸端附近剛性地連接到外壁的大致為圓柱形的內(nèi)支撐壁元件，該內(nèi)支撐壁元件在管狀本體軸向方向上延伸其軸向長度的一小部分，為固定電極構成一個支座，這樣確保提供了一種方便的設計來將固定電極(可能包括它的載帶元件)嵌入到管狀本體中。此外，該內(nèi)支撐壁元件還提供了一個基準，以確保兩個電極之間保持一個不變的、確定的距離，這使得其可以在不同裝置中重復實現(xiàn)。
第一個電極包括一個支撐導電元件的絕緣載帶元件，這確保提供了將第一個電極固定到上述支撐件上的便利的方法。作為由一部分絕緣和一部分導電的元件構成的電極的替代，該電極可以完全由導電元件(比如金屬)制成或者可以由導電材料和絕緣材料在微觀或者宏觀上混合的材料制成。
在一個優(yōu)選實施例中，管狀本體和電極依照機械結構和材料選擇來設計，這樣應力，包括熱應力，可以最小化。
在一個優(yōu)選實施例中，支撐件的圓柱形管狀本體由導電材料制成。其可以由絕緣材料(比如陶瓷材料)或者由絕緣材料涂上金屬材料或者類似的材料來制成，以替代整體導電的材料。
在一個優(yōu)選實施例中，固定電極和管狀本體是相匹配的，使固定電極通過固定電極和管狀本體之間的摩擦力固定在支撐件的管狀本體上。這種方法有一個優(yōu)點，可以使固定電極通過壓合的方法來安裝，而不需要其它的固定裝置。
或者，固定電極也可以通過膠粘的方法固定到支撐件的管狀本體上。
在一個優(yōu)選實施例中，固定電極采用背板電極的形式，包括一個絕緣載帶材料，其兩個對立面全部或者部分地涂上了一個導電層，這些層是電氣相連接的，并且和背板電極與管狀本體的接觸區(qū)域相隔開，其隔開方式為確保背板電極和管狀本體之間的電氣隔離。這樣的優(yōu)點在于提供了一個便利的可重復的方法，可以方便地機械連接到管狀本體上和方便地將固定電極和其它部件進行電氣連接，同時確保固定電極和管狀本體電氣上不相連。
當從包括陶瓷材料、塑料、玻璃、紅寶石、蘭寶石和石英的一組材料中選定電絕緣材料時，確保提供了相應的對低電傳導率有合適選擇的材料頻譜。
當固定電極的電絕緣載帶材料上的導電層是通過絲網(wǎng)印刷、模版印刷或者汽化工藝制成時，確保了從標準方法中選擇了一種通常使用在電子環(huán)境中的方法，該方法的使用提供了一種既精確又經(jīng)濟的方法。
當可移動電極是由金屬、金屬合金或者用金屬處理過的絕緣體構成時，確保提供了一種非常適合于高質量的換能器(包括測量用麥克風)的隔膜或者振動膜。
當用作駐極體的絕緣體層應用到一個或者兩個電極中時，確保了該部件適合在預先極化型麥克風中使用。
固定電極包括一個絕緣體，比如構形為絕緣盤，并且有一層通過絲網(wǎng)印刷、模版印刷或者汽化技術制成的導電涂層。該絕緣體最好由陶瓷制成，并在其一側通過絲網(wǎng)印刷或者汽化形成導電涂層。該固定電極可以涂上一層薄的氟化乙丙稀或者相似的絕緣材料，用以在預先極化型麥克風中使用，也就是所知的駐極體型麥克風。
當電絕緣載帶元件是由一片陶瓷材料片通過激光切除或者激光鉆孔方法制成時，其確保提供了一種特別經(jīng)濟的方法。
當背板電極通過使用通過絲網(wǎng)印刷、模版印刷或者汽化工藝將導電層構形應用到一陶瓷材料片的相對側上的方法來制造且該構形形成一排獨立的背板電極陣列，并且通過激光切除或者激光鉆孔來使背板電極和陶瓷片分開時，其確保提供了一種特別經(jīng)濟的方法，該方法特別適合于大規(guī)模地生產(chǎn)高精度的換能器。
當支撐件在很確定的位置有一個相對于第二電極的基準平面，且第一電極相對該基準平面裝配到支撐件上時，確保提供了一種將固定電極相對于可移動電極的精確且可重復的裝配。
當該相對于可移動電極的基準平面的位置通過絲網(wǎng)印刷、模版印刷或者汽化工藝確定時，其確保提供了一種將固定電極相對于可移動電極的很精確，且容易調(diào)整的和可重復的裝配。
當背板電極上通過絲網(wǎng)印刷構形確定出電極之間一個預先確定的不太嚴格的距離時，確保提供了一種將固定電極相對于可移動電極的很精確，且容易調(diào)整的和可重復的裝配。
本發(fā)明提供了一種換能器包括一個帶有一個包括通過電介質材料隔開的第一和第二電極的組件的外殼、一個具有一個底部壁的后室和連接到電極的電接線端，本發(fā)明進一步提供了將該組件固定在外殼中的裝置。當依照權利要求書，通過電介質材料隔開的第一和第二電極以電容性換能器的形式設置，及該電容性換能器適合裝配在外殼中時，其確保提供了具有高質量的換能器，它可以有很多不同的應用，具有不同規(guī)格和不同的具體實施例，并且該換能器的生產(chǎn)很經(jīng)濟。
當通過在第一個電極里形成一個或者更多的開口，使其適合于用作電容器麥克風且電極是固定的時，其確保提供了非常適合用于測量的高質量的麥克風。
該電容性的或者電容器麥克風包括一個環(huán)形的元件，該元件的一側裝有一個可移動電極或者振動膜。在環(huán)形元件里面，一個固定電極(也即所知的背板電極)裝配在很靠近振動膜的地方。帶有振動膜和背板電極的環(huán)形元件構成了一個電容性換能器單元，該單元可以裝配在外殼里。帶有振動膜和背板電極的環(huán)形元件具有整個麥克風的大多數(shù)功能，這就可以在整個麥克風裝配前，對其基本特征，靈敏度和頻率響應進行測試和特性記述。這就意味著該麥克風比較容易制造和測試，同時可以以很低的成本加工。此外和現(xiàn)有技術的麥克風(其各部分必須精心挑選)相比，本發(fā)明的麥克風對環(huán)境變化的靈敏度也很大程度的取決于帶有振動膜和背板電極的環(huán)形元件，而外殼材料、內(nèi)腔和底部壁的材料選擇不是很重要。
外殼成形后，其高度減到了最小，其主要由垂直于電極方向上的電容性換能器的高度決定，并且底部壁的面積比第二個電極的面積要大，其確保提供了一個較為扁平的麥克風。
底部壁有用于保持后室和其外界壓力平衡的裝置，且底部壁包括一個本體，該本體具有一個和后室相接觸的基本上平坦的表面區(qū)域，用于壓力平衡的裝置包括一個從本體表面延伸的幾何構形，該構形以如下的方式和接觸區(qū)域相交疊，當后壁和后室相連接時，在后室和其外界之間至少有一個開口，這樣確保提供了一個可重復的精確的方法來控制換能器的低頻截止點。該構形可以通過一些標準化的方法來產(chǎn)生，比如絲網(wǎng)印刷和/或激光切除或者鉆孔，從生產(chǎn)和經(jīng)濟觀點上看，具有很大的優(yōu)勢。
本發(fā)明進一步提供了一種換能器系統(tǒng)包括一個帶有一個包括通過電介質材料隔開的第一和第二電極的組件的外殼、一個帶有一個底部壁的后室和連接到電極的電接線端。當包括根據(jù)本發(fā)明的一個電容性的換能器，且該電容性換能器適合于和放大器及電子接口單元一起裝配在外殼中時，其確保提供了一種經(jīng)濟的可以適合于不同規(guī)格和具體換能器的外殼可以被制成比較容易集成電放大器或者其它電子元件，而不需要兼顧關于穩(wěn)定性、線性和環(huán)境靈敏度的整體要求。和已有技術相比，這是可能的，因為振動膜和背板電極被裝配在獨立于外殼的一個環(huán)形元件中，因此使換能器的外殼設計比以前要求低得多。這也可以通過如下的方法來使換能器的外殼成形，即放大器可以很容易的整合到麥克風里，而不需要增加換能器外殼的成本。使用現(xiàn)有的技術，放大器的整合也是可以的，但是這意味著一個很復雜的本體，換能器外殼，其結果是成本更高，結構更復雜。
本發(fā)明的電容性換能器的優(yōu)點可以總結如下
●換能器可以比以前更方便地裝配。
●可以在最終裝配到外殼里之前鑒定換能器的基本性能，這樣可以降低成本。
●電容性換能器包括一個帶有振動膜和背板電極的環(huán)形元件，這就使換能器外殼的制造對尺寸誤差的要求和對材料的要求相對比較低。
●本發(fā)明的換能器外殼比現(xiàn)有的換能器外殼要薄，這就使其可以在現(xiàn)有的換能器無法滿足尺寸的要求的場合使用。
●取代原有的比較復雜的本體，本發(fā)明的換能器可以制造成具有比較簡單的本體，它可以獨立生產(chǎn)，且成本很低。舉例來說，現(xiàn)有技術的麥克風外殼很復雜且生產(chǎn)成本高。本發(fā)明用一個簡單的外殼和一個簡單的后室來取代該復雜的本體，這使其生產(chǎn)成本很低。
●放大器和其它電子元件的整合也可以在不顯著增加換能器外殼成本的基礎上實現(xiàn)。
附圖簡述接下來通過一個優(yōu)選實施例和參考附圖將對本發(fā)明進行更詳細描述，其中圖1顯示了現(xiàn)有技術的電容器麥克風，圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明使用電容性換能器的一個電容器麥克風的分解透視圖，圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個電容性換能器的橫截面分解視圖，圖3A顯示了如圖3所示的裝配好的電容性換能器，圖4顯示了麥克風底部壁和內(nèi)腔件的分解視圖，和圖5a和5b顯示了本發(fā)明的電容性換能器在電容器麥克風中的另一種使用。
這些圖都是示意性的，為了清楚而稍有簡化，它們只是顯示對于理解本發(fā)明而必需的一些細節(jié)，而一些不重要的細節(jié)被省略了。在以下整個描述過程中，對于同樣的或者相應的部分使用相同的參考數(shù)字。
發(fā)明詳述圖2顯示了使用根據(jù)本發(fā)明的電容性換能器的一個電容器麥克風的分解透視圖，圖3，3A和4顯示了其中的細節(jié)，其中圖3和3A顯示了用于電容器麥克風中的電容性換能器，及圖4顯示了麥克風底部壁和圖2中所示的麥克風的內(nèi)腔件的分解視圖。
麥克風100(圖2)包括一個電容性換能器1(圖3和3A)。該電容性換能器1包括一個環(huán)形元件12，帶有一個底部壁13和兩個直立的同心的環(huán)形壁，該環(huán)形壁間有一段徑向的距離。外環(huán)形壁支撐振動膜11。內(nèi)環(huán)形壁的自由端凹進而低于外環(huán)形壁的自由端15，該環(huán)形壁中容納固定電極，也叫做背板電極17。環(huán)形元件12、背板電極17和振動膜11一起構成了電容性換能器1。
環(huán)形元件12是由金屬制成的導電的圓柱形本體。內(nèi)環(huán)形壁16是如此定尺寸的，當背板電極17嵌入時，該壁可以膨脹，這樣背板電極17就可以通過支撐壁元件16的內(nèi)表面和背板電極17的外表面之間的摩擦力來固定就位。
在振動膜11的外圍以外，環(huán)形元件12有一個自由表面14，用作基準平面，使環(huán)形元件12可以精確地裝配到麥克風外殼21內(nèi)的相應基準平面23上。該環(huán)形元件12的基準平面14和麥克風外殼內(nèi)的相應基準平面23是匹配表面，且最好是平面，但是該表面也可以呈輕微的圓錐形，這樣圖3A中的換能器將位于麥克風外殼21的中心。環(huán)形元件12有一個直立的外環(huán)形壁，其端面15用來裝配振動膜11。環(huán)形元件12的表面15有一個倒圓的外邊緣，該表面15也是用來作為在環(huán)形元件12中裝配背板電極17的基準平面。在裝配過程中，最重要的是使背板電極17和振動膜11之間精確地保持一段期望的距離。這通過使用表面15作為基準平面來實現(xiàn)。使用合適的設備，這樣的裝配可以實現(xiàn)的精度為±1μm，或者更好。通過將背板電極17壓入環(huán)形壁16的任何一端來將其裝配到環(huán)形元件12中，該環(huán)形壁是如此定尺寸的，在背板電極壓入過程中，該壁可以膨脹，這樣背板電極就可以通過摩擦力來固定在環(huán)形壁中，或者背板電極被嵌入到環(huán)形壁16中時不使其變形，該背板電極可以通過粘合或者其它的固定方法來使其固定在環(huán)形壁中。
背板電極17有一個由絕緣材料制成的本體20，比如陶瓷材料(諸如Al2O3之類)，同時在面向振動膜11的頂部表面上有一層導電涂層19(圖3)和在背向振動膜11的底部表面(沒有顯示)上也有一層導電涂層。其它絕緣材料也可以用于該圓盤形的本體20，比如陶瓷材料、塑料、玻璃、紅寶石、藍寶石和玻璃。導電層19可以通過任何合適的工藝來沉積，比如絲網(wǎng)印刷、模版印刷或者汽化工藝。背板電極有若干貫穿孔24來設置振動膜的運動阻尼。背板電極兩面上的涂層是通過一個在背板電極17中的垂直的電氣導孔18或者是通過一個或者多個貫穿孔24來使其相互保持電氣連接的。涂層并沒有到達絕緣圓盤的邊緣，這樣在背板電極上的導電層19和環(huán)形元件12上的振動膜11之間建立了適當?shù)慕^緣。另一種方法為，背板電極17可以是金屬圓盤，在其邊緣有電絕緣材料，在金屬圓盤和環(huán)形元件之間建立絕緣層。
為了獲得最佳的長期穩(wěn)定性，振動膜11通過使用比如激光束來焊接到或者錫焊到環(huán)形元件12的表面15上。在焊接前，振動膜11伸展到獲得期望的靈敏度和頻率響應等所要求的正確的張力。如圖3A所示，在電容性換能器上，背板電極17的背面，即背向振動膜的表面，特別是其導電層是可以直接接觸到的。
如圖2所述，當振動膜11和背板電極17裝配好以后，環(huán)形元件12被嵌入到麥克風外殼21中，通過基準平面14可以精確地將環(huán)形元件裝配到麥克風外殼的基準平面23上。在此之后，將內(nèi)腔件31嵌入到麥克風外殼21中，并使其一端和環(huán)形元件的一端13相接觸。通過增加或者減少外殼的內(nèi)徑和/或長度以及內(nèi)腔件31，麥克風的后室空間的尺寸可以被調(diào)整。接著內(nèi)部腔塊31，電絕緣材料制成的麥克風外殼底部壁41被嵌入，并帶有具有很好的氣阻控制的壓力平衡通道42。一個導電本體43，比如由金屬制成的，通過一個開口被嵌入到麥克風外殼的底部壁41中，當眾部件被正確地裝配以后，本體43可以制成和背板電極17的背面進行電氣接觸。這就允許電信號從背板電極17穿過麥克風外殼的絕緣底部壁41傳輸。此外，底部壁41和內(nèi)腔件31一起決定了后室的容量。通過使用環(huán)形本體51，將帶有振動膜11和背板電極17的環(huán)形元件12、容量件31和麥克風外殼底部壁41固定在麥克風外殼中。這可以通過比如螺紋配件或者如圖2所示的彈簧固定。環(huán)形本體的準確實現(xiàn)對麥克風的性能影響不大，因此并沒有詳細顯示。
根據(jù)本發(fā)明，圖5a和5b顯示了使用電容性換能器的另一種電容器麥克風。圖5a顯示了全視圖，圖5b顯示了圖5a中的麥克風的中間部分的特寫。圖5a和5b中所述的電容器麥克風利用了將圖3A所示的換能器1嵌入到其形狀和任何現(xiàn)有的測量麥克風都不一樣的麥克風外殼的可能性，而不必兼顧涉及穩(wěn)定性和環(huán)境靈敏度的整體要求。如圖2的實施例中，換能器1被嵌入到麥克風外殼21中。然而麥克風外殼21被這樣成形，使其整體高度減到了最小，其主要由背板電極17和環(huán)形元件12的厚度決定。保護罩45可以用來保護(特別是)振動膜11。通過增加或者減少外殼的內(nèi)徑和/或長度，麥克風的后室空間的尺寸可以被調(diào)整。麥克風外殼的底部壁41可以用和前面一樣的整體考慮來制造，只是在本實施例中，麥克風外殼的底部壁41的直徑比振動膜11大。
在本實施例的使用中，環(huán)形元件12在靠近底部壁13的外圓柱形壁上有一個或者多個的徑向延伸的開口。當麥克風組裝時，在振動膜后面形成的一個封閉的空間將包括環(huán)形元件12外的空間，其中該空間由外殼21和底部壁41界定。
和現(xiàn)有技術相比，該實施例是可行的，因為環(huán)形元件12可以做成在軸向和徑向上尺寸比較小，同時在徑向上延伸的開口可以利用環(huán)形元件12外的空氣容量。所述的實施例對以下領域有很重要的影響，該領域在實際尺寸上只允許使用很薄的換能器，同時其測量又必須和通常的測量麥克風一樣具有很高的精度和穩(wěn)定性。
圖3和3A顯示的表面14相對于支撐振動膜11的表面15是低陷的。當圖3A中的電容性換能器位于圖2中的圓柱形麥克風外殼21中或者位于圖5B和5A中的大直徑平狀的外殼21中，同時其基準平面14貼靠各自麥克風外殼相應的基準平面23時，振動膜11將和麥克風外殼前端齊平，特別地，這樣就沒有形成以該振動膜為底部的空腔。由于這樣的空腔不可避免地會影響麥克風的聲音性能，因此不期望有這樣的空腔。
然而，和麥克風外殼前端齊平的振動膜容易受損，因此期望將該振動膜相對于麥克風外殼的前端凹入數(shù)量級為毫米之分數(shù)的小距離，比如20-100μm。這通過適當設定支撐振動膜的直立壁15的高度和麥克風外殼的基準平面23向內(nèi)延伸的邊緣的厚度可以很容易地達到。
預先極化型麥克風是一種特殊型號的電容器麥克風，也即所知的駐極體型麥克風。這種類型的麥克風含有預先極化的材料，該材料可以存儲永久的電荷，用來提供麥克風工作所必需的電場。該預先極化的材料是一種絕緣材料，通常是一薄塑料材料片。在本發(fā)明中，在固定電極或者背板電極被裝配到環(huán)形元件12中之前，該預先極化的材料將被放置在固定電極或者背板電極17上。
一個包括和圖2所示相似的麥克風的系統(tǒng)、一個前置放大器和其它可能的電子元件可以很容易地被組合起來。
此前已經(jīng)描述了一些優(yōu)選實施例，但是應當強調(diào)的是本發(fā)明并不局限于這些實施例，它可在下述權利要求書所定義的主題范圍內(nèi)，以其它方式實施。比如，替代圖中所述的平板電極和背板電極，這些部分可以是任何便利的形狀，比如雙曲線形、拋物線形、穹形，或者可以是含有階梯或彎頭的形狀。
權利要求
1.電容性換能器(1)，包括●確定一個軸線的且具有開口的環(huán)形元件(12)，●振動膜(11)，固定在環(huán)形元件(12)上并覆蓋該開口，該振動膜(11)有外邊緣和導電部分，該振動膜和它的導電部分可以根據(jù)聲壓而移動，●圓盤形元件(17)，固定在環(huán)形元件(12)的開口中并和振動膜(11)平行，該圓盤形元件(17)具有含有導電部分(19)的第一表面和與第一表面相對的第二表面，該第二表面具有和圓盤形元件(17)的第一表面上的導電部分(19)保持電氣連接的接觸元件，該圓盤形元件(17)的第一表面上的導電部分(19)和環(huán)形元件(12)保持一段距離并且以預先確定的距離面向振動膜(11)，其中振動膜(11)和位于圓盤形元件(17)上的導電部分(19)形成了一個電容器，其特征在于圓盤形元件(17)的第二表面和接觸元件是直接可接觸的。
2.根據(jù)權利要求1所述的換能器，其特征在于在振動膜(11)的外邊緣以外，該環(huán)形元件(12)有相對環(huán)形元件(12)的軸線方向橫向延伸的自由表面(14)。
3.電容性換能器(1)，包括●確定一個軸線的且具有開口的環(huán)形元件(12)，●振動膜(11)，固定在環(huán)形元件(12)上并覆蓋該開口，該振動膜(11)有外邊緣和導電部分，該振動膜和它的導電部分可以根據(jù)聲壓而移動，●圓盤形元件(17)，固定在環(huán)形元件(12)的所述開口中并和振動膜(11)平行，該圓盤形元件(17)具有含有導電部分(19)的第一表面和與第一表面相對的第二表面，該第二表面具有和圓盤形元件(17)的第一表面上的導電部分(19)保持電氣連接的接觸元件，該圓盤形元件(17)的第一表面上的導電部分(19)和環(huán)形元件(12)保持一段距離并且以預先確定的距離面向振動膜(11)，其中振動膜(11)和位于圓盤形元件(17)上的導電部分(19)形成了一個電容器，其特征在于在振動膜(11)的外邊緣，環(huán)形元件(12)有一個相對環(huán)形元件(12)的軸線方向橫向延伸的自由表面(14)。
4.根據(jù)權利要求3所述的換能器，其特征在于圓盤形元件(17)的第二表面和接觸元件是直接可接觸的。
5.根據(jù)權利要求1-4中的任何一項所述的換能器，其特征在于該換能器包括一個外殼(21，41)，該外殼和振動膜(11)一起限定了一個基本封閉的空間，并且該外殼設有一個從外面可進入的和圓盤形元件(17)上的導電部分(19)進行電氣連接的裝置。
6.根據(jù)權利要求5所述的換能器，其特征在于該基本封閉的空間通過環(huán)形元件(12)中的一個或多個徑向延伸的開口而擴大。
7.根據(jù)權利要求1-6中的任何一項所述的換能器，其特征在于環(huán)形元件(12)是由導電材料制成的。
8.根據(jù)權利要求1-7中的任何一項所述的換能器，其特征在于圓盤形元件(17)通過摩擦力固定在環(huán)形元件(12)中。
9.根據(jù)權利要求1-8中的任何一項所述的換能器，其特征在于圓盤形元件(17)包括帶有導電部分(19)的絕緣材料(20)，該絕緣材料從包括陶瓷材料、塑料、紅寶石、蘭寶石和石英的一組材料中選定。
10.根據(jù)權利要求1-9中的任何一項所述的換能器，其特征在于該絕緣材料是Al2O3。
11.根據(jù)權利要求1-10中的任何一項所述的換能器，其特征在于一預先極化的材料至少部分覆蓋在圓盤形元件(17)的第一表面上或者覆蓋在振動膜(11)面向圓盤形元件(17)的表面上，或者上述兩個表面都覆蓋。
12.根據(jù)權利要求3-11中的任何一項所述的換能器，其特征在于相對環(huán)形元件(12)的軸線方向橫向延伸的自由表面(14)相對于振動膜(11)凹陷。
13.根據(jù)權利要求12所述的換能器，其特征在于該換能器包括一個環(huán)形或者管狀元件(21，41)，帶有一與環(huán)形元件的自由表面(14)相貼靠的第一表面，和與振動膜(11)平行、并且和第一表面相對的前表面，振動膜(11)相對于該前表面凹陷20μm到100μm。
14.根據(jù)權利要求12所述的換能器，其特征在于該換能器包括一個環(huán)形或者管狀元件(21，41)，帶有一與環(huán)形元件的自由表面(14)相貼靠的第一表面，和與振動膜(11)平行、并且和第一表面相對的前表面，振動膜(11)和前表面基本齊平。
全文摘要
電容性換能器，特別是電容器麥克風，帶有一個環(huán)形元件(12)和一個固定在該環(huán)形元件(12)中的振動膜(11)。一個圓盤形元件(17)固定在該環(huán)形元件(12)的開口中，并且和振動膜(11)平行。該圓盤形元件(17)帶有一個和環(huán)形元件(12)分離并且以預先確定的距離面向振動膜(11)的導電部分(19)，其中振動膜(11)和位于圓盤形元件(17)上的導電部分(19)形成了一個電容器。該圓盤形元件(17)的第二表面和該接觸元件是直接可接觸的。此外，在振動膜(11)的外邊緣以外，環(huán)形元件(12)有相對環(huán)形元件(12)的軸線方向橫向延伸的自由表面(14)，用來在麥克風外殼中裝配，使振動膜和麥克風的前端相齊平或者相對于前端稍微凹陷。
文檔編號H04R19/00GK1481654SQ01820623
公開日2004年3月10日 申請日期2001年10月19日 優(yōu)先權日2000年10月20日
發(fā)明者J·O·古洛夫, N·埃爾比, , J O 古洛夫 申請人:布魯爾及凱爾聲音及振動測量公司