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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen kapazitiven Aufnahmewandler
sowie ein entsprechendes Mikrofon.
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Bei
Mikrofonkapseln, welche nach dem Kondensatorprinzip arbeiten, d.
h. eine Mikrofonkapsel mit einem kapazitiven Aufnahmewandler, muss
ein wirksamer Schutz vor Verunreinigungen, Fremdpartikeln (Staub
und Feuchtigkeitstropfen) für
die internen Teile der Mikrofonkapsel vorgesehen werden. Hierbei ist
jedoch zu beachten, dass der durch die Mikrofonkapsel aufzuzeichnende
Schall ungehindert in bzw. an die schallwandelnden Bereiche der
Mikrofonkapsel gelangen muss. Besonders zu schützende Bereiche der Mikrofonkapsel
sind beispielsweise die elektrische Isolation der Elektrode und
der Luftspalt zwischen der aktiven Membran und der Elektrode. Dieser
Luftspalt ist typischerweise weniger Mikrometer breit und ist typischerweise
durch Öffnungen
in der Elektrode zugänglich.
Wenn ein Fremdkörper
in den Luftspalt eindringt, so kann er die freie Schwingung der
aktiven Membran beeinflussen bzw. behindern. Ein derartiger Fremdkörper kann
ferner dazu führen, dass
Störsignale
entstehen.
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Wenn
die Mikrofonkapsel als ein Schalldruckempfänger ausgestaltet wird, so
kann die rückwärtige Seite
des Wandlers, d. h. auf der Seite der Elektrode, durch ein entsprechend
dimensioniertes Volumen verschlossen werden. Die andere Seite des Wandlers,
d. h. die Vorderseite, muss für
den aufzuzeichnenden Schall frei zugänglich sein. Von der Vorderseite
des Wandlers ist der Luftspalt typischerweise durch die aktive Membran
geschützt.
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Wenn
die Mikrofonkapsel als symmetrisch aufgebautes Wandlersystem ausgestaltet
ist, so wird eine Membran vorgesehen, welche zwischen zwei Elektroden
angeordnet ist, d. h. es wird eine zusätzliche Elektrode vorgesehen.
Derartige symmetrisch aufgebaute Wandlersysteme sind insbesondere
vorteilhaft bei einer professionellen Aufnahmetechnik, so dass der
höhere
konstruktive Aufwand durchaus gerechtfertigt ist. Hierbei ist jedoch
darauf zu achten, dass die sensiblen Bereiche der Mikrofonkapsel
gegen Umwelteinflüsse
zu schützen
sind. Dies erfolgt beispielsweise durch das Vorsehen eines Vlieses. Dabei
wird das Vlies unmittelbar außen
auf den Elektroden angebracht. Dieses Vlies muss jedoch sehr fein
sein, um eine ausreichende mechanische Filterung vorzusehen. Andererseits
werden durch das Vlies erhebliche akustische Verluste bewirkt, da
der Schall nur an denjenigen Stellen durch das Vlies treten kann,
an denen die Elektrode Öffnungen
aufweist.
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Durch
eine derartige Ausgestaltung kann jedoch nur der Luftspalt, nicht
jedoch die Isolierung der Elektrode beispielsweise vor Verunreinigungen
geschützt
werden. Um eine Robustheit eines kapazitiven Wandlers sicherzustellen,
muss jedoch auch die Isolierung der Elektrode vor Verunreinigungen
geschützt
werden, damit das Mikrofon beispielsweise auch im Freien eingesetzt
werden kann.
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Es
ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen kapazitiven
Aufnahmewandler vorzusehen, welcher einen verbesserten Schutz der
empfindlichen Bauelemente gewährleistet.
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Diese
Aufgabe wird durch einen kapazitiven Aufnahmewandler gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Somit
wird ein kapazitiver Aufnahmewandler mit einer aktiven Membran und
einem ersten und zweiten Membranträger vorgesehen. Die aktive Membran
wird zwischen dem ersten und zweiten Membranträger aufgenommen. Der erste
und zweite Membranträger
weisen jeweils eine flächig
ausgeführte
Elektrode auf. Der Membranträger
und die Elektrode sind derart miteinander verbunden, dass der Membranträger die
Elektrode um ein vorgegebenes Maß überragt.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der erste und zweite Membranträger eine
erste Seite auf, welche um einen ersten vorgegebenen Abstand über eine
erste Seite der Elektrode hinausragt. Die zweite Seite des Membranträgers ragt
einen zweiten Abstand über
die zweite Seite der Elektrode hinaus.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die erste und zweite
Elektrode jeweils mindestens eine schalldurchlässige Öffnung auf.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der kapazitive Aufnahmewandler
mindestens eine Schutzeinheit auf, welche an der zweiten Seite des
Membranträgers
zum Verdecken der zweiten Seite der Elektrode vorgesehen ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft den Gedanken, einen kapazitiven Aufnahmewandler
mit einer Membran und zwei symmetrisch zu der Membran angeordneten
Elementen vorzusehen. Diese symmetrisch ausgeführten Elemente weisen dabei
je einen Membranträger
auf, welcher sowohl die Membran fixiert als auch eine flächig ausgeführte Elektrode an
ihrem Umfang umschließt.
Hierbei sind der Membranträger
und die Elektroden derart miteinander verbunden, dass sie nicht
in einer Ebene liegen. Hierbei stehen die Membranträger gegenüber der
Elektrode vor bzw. die Membranträger überragen
die Elektroden, so dass eine Stufe gebildet wird und so dass die Elektrode
einen hinreichenden Abstand zur Membran aufweist, durch welchen
ein Luftspalt ausgebildet wird.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls den Gedanken, ein Schutzelement
an zumindest einer Seite des kapazitiven Aufnahmewandlers vorzusehen.
Das Schutzelement kann ein weitgehend geschlossenes Element mit
kleinen Öffnungen
darstellen, wobei die Öffnungen
derart ausgestaltet sind, dass sie schalldurchlässig aber verschmutzungsundurchlässig ausgestaltet
sind. Das Schutzelement wird derart an mindestens einer der beiden
Seiten des kapazitiven Aufnahmewandlers angeordnet, dass ein Abstand
zur Elektrode vorhanden ist. Das Schutzelement kann als eine Membran
ausgestaltet sein. Das Schutzelement kann ferner als eine Membran
mit kleinen Öffnungen
derart ausgestaltet sein, dass die Membran schalldurchlässig aber
verschmutzungsundurchlässig
ausgestaltet ist. Zusätzlich
dazu können
die Schutzelemente elektrisch leitend ausgestaltet sein und elektrisch
leitend mit der aktiven Membran verbunden werden.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ausführungsbeispiele
und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter
Bezugnahme auf die Figuren näher
beschrieben.
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1a zeigt
eine schematische Darstellung eines kapazitiven Aufnahmewandlers
gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel,
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1b zeigt
eine schematische Darstellung eines kapazitiven Aufnahmewandlers
gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel,
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1c zeigt
eine schematische Darstellung eines kapazitiven Aufnahmewandlers
gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel,
und
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2 zeigt
eine Schnittansicht eines Schutzelementes gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Die
nachfolgend beschriebenen kapazitiven Aufnahmewandler können beispielsweise
in einem Mikrofon bzw. in einer Mikrofonkapsel vorgesehen werden.
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1a zeigt
eine schematische Schnittdarstellung eines kapazitiven Aufnahmewandlers
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel.
Der kapazitive Aufnahmewandler 10 weist eine aktive Membran 20,
zwei Elektroden 30, Isolationseinheiten 40 und zwei
Membranträger 60 auf.
Zwischen den beiden Elektroden 30 ist die aktive Membran 20 vorgesehen, welche
von den beiden Membranträgern gehalten wird.
Die beiden Membranträger 60 nehmen
jeweils eine der Elektroden auf. Zwischen den Elektroden 30 und
dem Membranträger 60 ist
jeweils eine Isolationseinheit 40 vorgesehen. Die aktive
Membran 60 wird durch den Membranträger 60 getragen bzw.
gehalten. Hierbei weist der Membranträger eine erste Seite 61 zum
Halten der aktiven Membran und eine zweite Seite 62 auf.
Der Membranträger 60 ist
derart ausgestaltet, dass er an seiner zweiten Seite 62 um ein
vorgegebenes Maß über die
Elektrode 30 hinausragt. An der zweiten Seite 62 kann
ein Schutzelement 50 vorgesehen werden. Somit kann auf
beiden Seiten des kapazitiven Aufnahmewandlers jeweils ein Schutzelement 50 vorgesehen
werden.
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Der
kapazitive Aufnahmewandler gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
ist insbesondere für einen
Druckgradientenempfänger
mit beispielsweise einer Nierenrichtcharakteristik geeignet. Bei
einer derartigen Ausgestaltung wird das ursprüngliche Übertragungsverhalten eines
kapazitiven Aufnahmewandlers ohne Schutzelemente nur geringfügig beeinflusst.
Dies lässt
sich dadurch begründen,
dass der kapazitive Aufnahmewandler bereits erhebliche akustische
Widerstände
in dem Luftspalt (zwischen der aktiven Membran 20 und der
Elektrode 30) überwinden
muss. Die Verluste, welche durch das Vorsehen der Schutzelemente 50 bewirkt
werden, tragen nur in einem geringen Maße zu den Gesamtverlusten bei.
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Das
Schutzelement 50 kann gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
als ein weitestgehend geschlossenes Schutzelement ausgestaltet sein,
wobei kleine Öffnungen
vorgesehen werden, welche schalldurchlässig aber verschmutzungsundurchlässig ausgestaltet
sind. Das Schutzelement 50 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
kann beispielsweise ein Gewebe, z. B. Vlies, eine gelochte Scheibe
darstellen oder kann aus einem porösen Material hergestellt sein.
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1b zeigt
eine schematische Schnittansicht eines kapazitiven Aufnahmewandlers
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel.
Hierbei entspricht der Aufbau des kapazitiven Wandlers gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
im Wesentlichen dem Aufbau des kapazitiven Wandlers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Somit weist der kapazitive Aufnahmewandler eine aktive Membran 20 zwischen zwei
Elektroden 30 auf. Die Elektroden 30 sind jeweils über Isolationseinheiten 40 mit
einem Membranträger 60 verbunden.
Der Membranträger 60 dient der
Aufnahme der aktiven Membran 20.
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Auch
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
werden Schutzelemente 50 an den zweiten Seiten des Membranträgers 60 vorgesehen.
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Die
Schutzelemente 50 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
sind beispielsweise als eine Membran ausgestaltet. Dadurch, dass
die zweite Seite des Membranträgers 60 über die
Elektrode 30 hinausragt, kann das Schutzelement 50 durch Schallwellen
zum Schwingen angeregt werden.
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Der
kapazitive Schallwandler gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
kann insbesondere als Druckempfänger
verwendet werden. Hierbei wird die Membran des Wandlers sehr steif
ausgestaltet, so dass eine geringe Steifigkeit der zusätzlichen
Membranen (Schutzelemente 50) nicht ins Gewicht fällt. Der
kapazitive Aufnahmewandler gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine völlige Abdichtung des Wandlers sowohl
vor Verunreinigungen als auch vor Wasserdampf gewünscht wird.
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1c zeigt
eine schematische Schnittansicht eines kapazitiven Wandlers gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel.
Hierbei entspricht der Aufbau des kapazitiven Wandlers gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel
im Wesentlichen dem Aufbau der kapazitiven Wandler gemäß dem ersten
oder zweiten Ausführungsbeispiel.
Lediglich die Schutzelemente 50 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel unterscheiden
sich von den Schutzelementen 50 gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel. Die
Schutzelemente gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
weisen eine Membran auf, welche kleine Öffnungen aufweist, welche derart
ausgestaltet sind, dass sie schalldurchlässig aber verschmutzungsundurchlässig ist.
Durch die Ausgestaltung der zweiten Seite 62 des Membranträgers 60 wird
gewährleistet,
dass ein vorgegebener Abstand zwischen der Elektrode 30 und
dem Schutzelement 50 vorgesehen ist.
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Der
kapazitive Aufnahmewandler gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
entspricht somit im Wesentlichen einer Kombination der kapazitiven
Aufnahmewandler gemäß dem ersten
und zweiten Ausführungsbeispiel.
Genauer gesagt entspricht das Schutzelement 50 gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
einer Kombination der Schutzelemente gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel.
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Der
kapazitive Wandler gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel
kann beispielsweise in einem Druckgradientenempfänger implementiert werden, wobei
dieser Empfänger
eine Nierenrichtcharakteristik aufweist und wobei der Frequenzgang
und die Richtwirkung gezielt vor allen Dingen bei tiefen Frequenzen
verstärkt
bzw. reduziert werden können. Dies
kann beispielsweise durch das Vorsehen der Öffnungen bzw. durch die Ausgestaltung
der Öffnungen
bewirkt werden.
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Die
Schutzelemente gemäß dem ersten, zweiten
oder dritten Ausführungsbeispiel
können elektrisch
leitend ausgestaltet sein. Vorzugsweise sind die Schutzelemente
ebenfalls elektrisch leitend mit der aktiven Membran verbunden bzw.
gekoppelt.
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2 zeigt
eine schematische Schnittansicht eines Membranträgers. Dieser Membranträger kann
als Membranträger
in dem ersten, zweiten oder dritten Ausführungsbeispiel eingesetzt werden
und ist beispielsweise als eine Systemscheibe ausgestaltet und weist
eine erste Seite 61 und eine zweite Seite 62 auf.
Die erste Seite 61 dient dabei dazu, die aktive Membran
des Aufnahmewandlers aufzunehmen. Die erste Seite 61 ist
dabei derart ausgestaltet, dass sie um einen ersten Abstand über die
erste Seite der Elektrode hinausragt. Dieser definierte Abstand
kann beispielsweise 30 Mikrometer aufweisen. Die zweite Seite 62 des
Membranhalters 60 ist ebenfalls derart ausgestaltet, dass
sie um ein vorgegebenes Maß über die
zweite Seite der Elektrode hinausragt.
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Die
Elektrode 30 kann eine Vielzahl von Löchern 31 aufweisen,
so dass die Elektrode als eine Lochscheibe ausgestaltet sein kann.
Zwischen der Elektrode und dem Membranhalter 60 sind jeweils Kunststoffisolierungen 40 vorgesehen.
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Der
Membranhalter 60 kann beispielsweise als ein Ring ausgestaltet
sein. Der Ring und die Lochscheibe können beispielsweise eingespritzt
oder eingegossen werden.
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Für einen
symmetrischen kapazitiven Aufnahmewandler werden zwei der Membranträger 60 benötigt, wobei
eine aktive Membran 20 zwischen der ersten Seite 61 eines
ersten Membranträgers 60 und
der ersten Seite 61 eines zweiten Membranträgers angeordnet
wird. Hierbei können
die beiden Membranträger
beispielsweise durch die aktive Membran mittels Klebstoff verbunden
werden.
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Die
Schutzelemente 50 werden jeweils an der zweiten Seite 62 des
Membranträgers 60 angeordnet.
Dies kann beispielsweise durch einen elastischen Klebstofffilm erfolgen.
Dabei kann der Klebstofffilm gleichzeitig Toleranzen ausgleichen.
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Somit
weist der kapazitive Aufnahmewandler eine aktive Membran auf, welche
zwischen zwei Membranträgern
gehalten wird, welche symmetrisch ausgestaltet sind. In den Membranträgern ist
jeweils eine flächig
ausgestaltete Elektrode vorgesehen. Der Membranträger weist
eine erste Seite zur Aufnahme der aktiven Membran und eine zweite
Seite auf, welche über
die Elektrode hinausragt. Die Elektroden können dabei Öffnungen aufweisen, durch welche Schall
zu der aktiven Membran gelangen kann. Der Membranträger ist
derart ausgestaltet, dass sowohl seine erste als auch seine zweite
Seite über
die Elektrode vorsteht. An der zweiten Seite des Membranträgers kann
ein vorzugsweise scheibenförmiges Schutzelement
angeordnet werden, welches dadurch eine rückwärtige Fläche der Elektroden verdeckt.
Das Schutzelement kann mindestens eine Öffnung aufweisen, welche schalldurchlässig, jedoch verschmutzungsundurchlässig ist.
Das Schutzelement kann ebenfalls als eine Membran ohne Löcher ausgestaltet
sein. Das Schutzelement kann ferner als eine Membran mit mindestens
einer Öffnung
ausgestaltet sein, wobei die Öffnung
schalldurchlässig
und verschmutzungsundurchlässig
ausgestaltet ist. Der Membranträger
kann Schlitze aufweisen, durch welche eine elektrische Leitung zu
den durch den Membranträger
aufgenommenen Elektroden geführt
werden kann. Zwischen dem Membranträger und der Elektrode ist eine
Isolationseinheit vorgesehen. Die aktive Membran kann beidseitig
elektrisch leitend ausgestaltet sein. Die Membran kann einen elektrischen
Kontakt zu dem Membranträger
aufweisen. Membranträger
und die aktive Membran können
miteinander verklebt sein. Die beiden Membranträger können miteinander verschraubt
werden, um die aktive Membran zu fixieren. Der Membranträger und
die Elektrode können über einen
isolierenden Kunststoff miteinander verbunden sein, d. h. der isolierende Kunststoff
dient als Isolationseinheit.
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Alternativ
dazu können
die Elektroden über einen
isolierenden Träger
ausgestaltet sein, wobei eine leitende Beschichtung auf dem isolierenden
Träger
vorgesehen wird. Auf den Elektroden kann ein schalldurchlässiges Dämpfungselement
angeordnet sein. Auf der zweiten Seite des Membranträgers kann
ein Element vorgesehen werden, welches die Elektrode abdeckt und
ein Volumen zur Elektrode hin ausbildet. Dieses Element kann optional
mindestens eine Schallöffnung
zur Elektrode hin aufweisen. Diese Öffnung kann beispielsweise
durch ein schalldämpfendes
Element verschlossen werden.
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In
dem oben beschriebenen kapazitiven Wandler kann ein Vlies zwischen
der Elektrode und dem Schutzelement 50 vorgesehen werden,
wobei der Vlies vorzugsweise die gesamte Fläche der Elektrode abdeckt.
Hierbei deckt das Vlies nicht die Fläche der Isolationseinheiten 40 ab.
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Somit
wird ein kapazitiver Aufnahmewandler mit einer aktiven Membran und
einem ersten und zweiten Membranträger vorgesehen. Die aktive Membran
wird zwischen dem ersten und zweiten Membranträger aufgenommen. Der erste
und zweite Membranträger
weisen jeweils eine flächig
ausgeführte
Elektrode auf, wobei der Membranträger und die Elektrode derart
miteinander verbunden sind, dass der Membranträger die Elektrode um ein vorgegebenes
Maß überragt.
Der Membranträger
weist eine erste Seite auf, welche um einen ersten vorgegebenen
Abstand über
eine erste Seite der Elektrode hinausragt, und eine zweite Seite,
welche um einen zweiten Abstand über
die zweite Seite der Elektrode hinausragt. Die erste und zweite
Elektrode weisen jeweils mindestens eine schalldurchlässige Öffnung auf.
Der kapazitive Aufnahmewandler kann mindestens eine Schutzeinheit
aufweisen, welche an der zweiten Seite des Membranträgers zum
Verdecken der zweiten Seite der Elektrode vorgesehen ist. Das Schutzelement
kann dabei mindestens eine Öffnung aufweisen,
welche schalldurchlässig
und verschmutzungsundurchlässig
ausgestaltet ist. Das Schutzelement kann dabei als eine Membran
ausgestaltet sein bzw. eine Membran aufweisen. Die Membran kann mindestens
eine Öffnung
aufweisen, welche schalldurchlässig
und verschmutzungsundurchlässig
ausgestaltet ist.
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Der
Membranträger
und die Elektrode sind elektrisch leitend ausgestaltet, aber elektrisch
voneinander isoliert. Die aktive Membran kann auf beiden Seiten
elektrisch leitend ausgestaltet sein. Der Membranträger und
die aktive Membran können elektrisch
miteinander verbunden sein. Die aktive Membran und der Membranträger können miteinander
verklebt sein. Der erste und zweite Membranträger können miteinander verschraubt
werden, so dass die aktive Membran fixiert wird. Der Membranträger und
die Elektrode können über isolierenden
Kunststoff miteinander verbunden sein. Die Elektroden können einen
isolierenden Träger
sowie mindestens eine elektrisch leitende Beschichtung aufweisen.
Der kapazitive Aufnahmewandler kann ein schalldurchlässiges Dämpfungselement
aufweisen, welches auf einer der Elektroden aufgebracht ist.