DE4041544A1 - Electrostatic loudspeaker with stationary electrodes - has membrane threaded in zigzag path between parallel electrodes of alternating polarity - Google Patents
Electrostatic loudspeaker with stationary electrodes - has membrane threaded in zigzag path between parallel electrodes of alternating polarityInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen elektrostatischen Lautsprecher mit einer Reihe von in einem Lautsprechergehäuse fest stehend angeordneten Elektroden (Festelektroden) wechselnder Polarität und einer sich jeweils zwischen zwei benachbarten Festelektroden unterschiedlicher Polarität erstreckenden Membran, wobei jeder Festelektrode eine Abstandshalteeinrichtung zugeordnet ist.The invention relates to an electrostatic speaker with a set of stuck in a speaker cabinet standing electrodes (fixed electrodes) alternating polarity and one between two neighboring fixed electrodes of different polarity extending membrane, each fixed electrode one Spacer is assigned.
Ein elektrostatischer Lautsprecher der genannten Art ist aus der DE 31 18 239 C1 bekannt.An electrostatic speaker of the type mentioned is known from DE 31 18 239 C1.
Der in dieser Druckschrift beschriebene elektrostatische Lautsprecher weist zwei übereinanderliegende Reihen aus rohrförmigen Metallstäben als Festelektroden auf, wobei jeder Metallstab der unteren Reihe unterhalb des Zwischen raumes zwischen zwei Metallstäben der oberen Reihe ange ordnet ist. Durch eine abwechselnde Führung der Membran um die Metallstäbe der beiden Reihen ergibt sich eine mäanderförmige Anordnung der Membran. Diese wird durch eine Abstandshalteeinrichtung zwischen der Membran und dem jeweiligen Metallstab in Position gebracht.The electrostatic described in this document Loudspeaker has two rows on top of each other tubular metal rods as fixed electrodes, wherein each metal bar in the bottom row below the intermediate space between two metal bars in the upper row is arranged. By alternately guiding the membrane around the metal bars of the two rows result in one meandering arrangement of the membrane. This is through a Spacer between the membrane and the positioned each metal rod.
Bei diesem bekannten elektrostatischen Lautsprecher handelt es sich um eine Weiterentwicklung des "klassischen" Elektrostaten, der zwei in einem Lautsprechergehäuse feststehend angeordnete, schalldurchlässige Gegenelektroden mit einer zwischen diesen aufgespannten Membran aufweist. Die Gegenelektroden des "klassischen" Elektrostaten sind gewöhnlich plattenförmig ausgebildet und weisen zum Schalldurchtritt eine Vielzahl von Löchern auf. Bei der in der obigen Druckschrift beschriebenen Weiterentwicklung werden die plattenförmigen Gegenelektroden durch die beiden Reihen aus rohrförmigen Metallstäben ersetzt. Die Zwischenräume zwischen den Metallstäben einer Reihe bilden dabei die zum Schalldurchtritt erforderlichen Öffnungen.This known electrostatic speaker is concerned it is a further development of the "classic" Electrostatics, the two in a speaker cabinet fixed, sound-permeable counter electrodes with a membrane stretched between them. The counter electrodes of the "classic" electrostat are usually plate-shaped and point to Sound passage through a variety of holes. At the in the further development described in the above publication the plate-shaped counter electrodes by the two Rows of tubular metal bars replaced. The Form gaps between the metal bars in a row the openings required for the passage of sound.
Aufgrund der beiden, jeweils aus einer Reihe von Metall stäben bestehenden Gegenelektroden ist eine variable Form gebung der Lautsprechereinheit möglich. Durch die mäander förmige Membranführung um die Metallstäbe ergibt sich gegenüber dem "klassischen" Elektrostaten bei gegebener Lautsprecherbreite und -höhe eine größere effektive Membranfläche, die akustische Vorteile mit sich bringt.Weiterhin wird aufgrund der auf jedem Metallstab angeordneten Abstandshalteeinrichtung die über jeden einzelnen Metallstab abschnittsweise herumgeführte Membran immer in einem Abstand von dem Metallstab gehalten, so daß bei einem Nachlassen der Spannung der Membran diese nicht von den Gegenelektroden angezogen werden kann. Diese Konstruktion hat den Vorteil, daß Kurzschlüsse vermieden werden, die immer dann auftreten können, wenn es zu einer Berührung zwischen der Membran und der Gegenelektrode kommt.Because of the two, each made from a series of metal existing counter electrodes is a variable shape speaker unit possible. Through the meander shaped membrane guide around the metal rods results compared to the "classic" electrostat for a given Speaker width and height a larger effective Membrane surface, the acoustic advantages with it Furthermore, due to the on each metal rod arranged spacer above each single metal rod sectioned membrane always kept at a distance from the metal rod so that if the tension of the membrane decreases, this does not can be attracted by the counter electrodes. These Construction has the advantage that short circuits are avoided that can occur whenever there is a Contact between the membrane and the counter electrode is coming.
Der aus der obigen Druckschrift bekannte elektrostatische Lautsprecher weist jedoch die beiden folgenden Nachteile auf.The electrostatic known from the above publication However, speakers have the following two disadvantages on.
Aufgrund der Elektrodenanordnung ergibt sich ein inhomogenes elektrisches Feld, daß in verschiedenen Bereichen unterschiedliche Feldstärken aufweist. Dadurch wirkt an verschiedenen Punkten der Membran eine unter schiedliche Kraft. Da sich die Feldstärke, zumindest im Außenbereich der Elektroden, nicht linear mit der Ent fernung von den Elektroden ändert, ergeben sich nicht lineare Antriebsverhältnisse für die Membran. Des weiteren sind auch die Rückstellkräfte der "Membranauf hängung", gegeben durch die Form der Membran, in beiden Bewegungsrichtungen der Membran unterschiedlich.Due to the electrode arrangement, a inhomogeneous electric field that in different Areas has different field strengths. Thereby interacts at various points on the membrane different strength. Since the field strength, at least in Outside of the electrodes, not linear with the ent distance from the electrodes does not change linear drive ratios for the membrane. Of the restoring forces of the "membrane are also hanging ", given by the shape of the membrane, in both Different directions of movement of the membrane.
Durch die Überlagerung der Nichtlinearitäten des elektrischen Kraftfeldes und der Rückstellkräfte der Membranaufhängung in gleicher Weise sind hohe Verzerrungen 2. Ordnung zu erwarten.By superimposing the nonlinearities of the electric force field and the restoring forces of the Membrane suspension in the same way are high distortions 2nd order expected.
Frequenzgangmessungen lassen erkennen, daß die Membran inbesondere bei Frequenzen, deren Wellenlängen kleiner sind als die Dimensionen der Abstrahlfläche, nicht mehr als Ganzes, also gleichphasig schwingt sondern in sich "aufbricht" und so zu Partialschwingungen neigt. Für das Auftreten dieser Partialschwingungen sind sowohl die erwähnten Nichtlinearitäten als auch die durch die Inhomogenität des elektrischen Feldes verursachte unterschiedliche Kraftwirkung an verschiedenen Punkten der Membran ursächlich.Frequency response measurements indicate that the membrane especially at frequencies whose wavelengths are smaller than the dimensions of the radiation area, no more than Whole, i.e. in phase vibrates but in itself "breaks open" and so tends to partial vibrations. For the These partial vibrations occur both mentioned nonlinearities as well as those by the Inhomogeneity of the electric field caused different force effect at different points of the Membrane causative.
Bei schwach gespannter Membran besteht die Gefahr, daß die Folie sich von den auf den Metallstäben angeordneten Abstandshalteeinrichtungen abhebt und an diese anschlägt. Diese Gefahr läßt sich nur dadurch beseitigen, daß die Membran mit den Abstandshalteeinrichtungen fest verbunden ist. Außerdem kann die um die Metallstäbe gelegte, stark gekrümmte Membran bei ihrer radialen Bewegung leicht an den Abstandshalteeinrichtungen einknicken und damit Partial schwingungen verursachen. If the membrane is weakly tensioned, there is a risk that the Foil itself from those arranged on the metal bars Spacers lifts and strikes them. This danger can only be eliminated by the fact that Membrane firmly connected to the spacers is. In addition, the one around the metal bars can be strong curved membrane slightly on the radial movement Bend spacers and thus partial cause vibrations.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrostatischen Lautsprecher der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei kleinen Abmessungen eine große effektive Membranfläche aufweist und darüber hinaus sich durch einen über die gesamte Membranfläche gleichmäßigen Antrieb unter Vermeidung von Partialschwingungen aus zeichnet.The present invention is based on the object an electrostatic speaker of the type mentioned Way of creating a large one with small dimensions effective membrane area and beyond through a uniform over the entire membrane surface Drive while avoiding partial vibrations draws.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Reihe von flachen, parallel zueinander und linear angeordneten Festelektroden vorgesehen ist, wobei sich die Membran mittig zwischen den gegenüberliegenden flachen Seiten von je zwei benachbarten Festelektroden erstreckt.The object is achieved in that a Series of flat, parallel and linear arranged fixed electrodes is provided, the Membrane in the middle between the opposite flat Sides of two adjacent fixed electrodes.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Konstruktion verläuft die Membran über große Abschnitte in einem homogenen elektrostatischen Feld. Dementsprechend ergeben sich hier, abgesehen von den Ränder der Festelektroden, lineare Kräfteverhältnisse, die einen im wesentlichen über die gesamte Membranfläche gleichmäßigen Antrieb gewährleisten. Den flachen Festelektroden sind Abstandshalteeinrichtungen zugeordnet, die die Membran mittig zwischen den Festelektroden positionieren. Die Aneinanderreihung der flachen, parallel zueinander angeordneten Festelektroden schafft eine große effektive Membranfläche bei kleinen Abmessungen des Lautsprechers.Because of the construction according to the invention, the Membrane over large sections in a homogeneous electrostatic field. Accordingly, here apart from the edges of the fixed electrodes, linear Relationship of forces, which essentially over the Ensure uniform drive over the entire membrane surface. The flat fixed electrodes are spacers assigned the membrane in the middle between the Position the fixed electrodes. The sequence of flat, parallel fixed electrodes creates a large effective membrane area with small ones Dimensions of the speaker.
Bei dem erfindungsgemäßen elektrostatischen Lautsprecher entsteht die Schallabstrahlung durch die aufgrund der Membranbewegung zwischen den Festelektroden und den Membranabschnitten herausbewegte Luft.In the electrostatic speaker according to the invention The sound radiation is generated by the Membrane movement between the fixed electrodes and the Air moved out of membrane sections.
Die Breite bzw. Tiefe der Festelektroden kann in der Anordnung konstant gehalten sein. Sie kann jedoch auch variieren, um eine besondere Schallabstrahlung zu erreichen. The width or depth of the fixed electrodes can be in the Arrangement must be kept constant. However, it can also vary to give a special sound radiation to reach.
Die flachen Festelektroden sind, wie auch die bisher bekannten Gegenelektroden eines elektrostatischen Lautsprechers, mit einer elektrischen Isolationsschicht, zum Beispiel einem Isolationslack, versehen, um Entladungs vorgängen zwischen der Membran und den Elektroden entgegen zuwirken.The flat fixed electrodes are, like the previous ones known counter electrodes of an electrostatic Loudspeaker, with an electrical insulation layer, for example an insulation varnish, provided to discharge processes between the membrane and the electrodes to act.
Die Membran kann, wie durch den Stand der Technik bekannt, aus einer mit Metall bedampften Kunststoffolie bestehen.As known from the prior art, the membrane can consist of a plastic film coated with metal.
In einer bevorzugten Ausbildung ist die Membran durch eine Spannvorrichtung vorgespannt. Aufgrund der Vorspannung erhält die Membran eine definierte Aufhängungssteifigkeit, so daß ein Anschlagen der Membran an die Elektroden vermieden werden kann. Dementsprechend kann der Abstand zwischen den flachen Festelektroden in Abhängigkeit von der Aufhängungssteifigkeit auf ein Maß reduziert werden, so daß sich die Polarisationsspannung und damit der Wirkungsgrad erhöhen.In a preferred embodiment, the membrane is through a Pretensioned device. Because of the preload the membrane gets a defined stiffness, so that the membrane strikes the electrodes can be avoided. Accordingly, the distance between the flat fixed electrodes depending on the Suspension stiffness can be reduced to a level so that the polarization voltage and thus the efficiency increase.
In einfachster Ausführung können die Festelektroden in Form von flachen Quadern ausgebildet sein.In the simplest version, the fixed electrodes can be in shape be formed by flat cuboids.
Die Festelektroden können aus Metall bestehen. Andererseits können sie aber auch aus leitendem Kunststoff gefertigt und zum Beispiel durch Spritzen oder Verpressen in die gewünschte Form verbracht sein.The fixed electrodes can be made of metal. On the other hand but they can also be made of conductive plastic and for example by spraying or pressing into the desired shape.
Die Festelektroden können weiterhin in Modulbauweise maschinell gefertigt sein. Die Herstellung der Elektrodenanordnung in kleineren Einheiten ermöglicht eine Verminderung der Fertigungskosten und eine einfache Montage der Lautsprecher.The fixed electrodes can continue to be modular be machined. The manufacture of the Electrode arrangement in smaller units enables one Reduction of manufacturing costs and easy assembly the speaker.
Die Abstandshalteeinrichtung ist bevorzugt an jeweils einer Schmalseite einer Festelektrode angeordnet, so daß die Abstandshalteeinrichtungen zweier benachbarten Fest elektroden sich an entgegengesetzten Schmalseiten befinden.The spacing device is preferably at one Narrow side of a fixed electrode arranged so that the Spacers of two adjacent hard electrodes are on opposite narrow sides.
So können die Abstandshalteeinrichtungen zylinderförmig ausgebildet sein und sich längs der jeweiligen Schmalseite der betreffenden Festelektrode erstrecken. Der Durchmesser der zylinderförmigen Abstandshalteeinrichtungen ist dann gleich der Summe aus der Dicke der Festelektroden und deren Abstand voneinander, so daß die Membran beim Durchziehen zwischen jeweils zwei Festelektroden eine genau mittige Position bekommt.So the spacers can be cylindrical be formed and along the respective narrow side extend the relevant fixed electrode. The diameter then the cylindrical spacers equal to the sum of the thickness of the fixed electrodes and their Distance from each other so that the membrane when pulling a precisely central one between two fixed electrodes Position.
Die Abstandshalteeinrichtungen können andererseits auch einen halbkreisförmigen oder einen anderen geeigneten Querschnitt aufweisen.The spacers, on the other hand, can also a semicircular or other suitable one Have cross-section.
Die Abstandshalteeinrichtungen können mit den Fest elektroden verklebt oder an diesen auf andere Weise befestigt sein. Sie können auch an die Festelektroden einstückig angeformt sein. Andererseits können sie auch am Rahmen der Anordnung befestigt sein.The spacers can with the fixed electrodes glued or otherwise be attached. You can also use the fixed electrodes be integrally formed. On the other hand, you can also on Be attached to the frame of the arrangement.
Zur weiteren Vergrößerung der effektiven Membranfläche ist es zweckmäßig, mehrere Reihen von flachen, parallel zueinander und linear angeordneten Festelektroden als mehrere "Module" zusammenzuschalten. Eine möglichst große Membranfläche ist wünschenswert, um insbesondere auch tiefe Frequenzen bei angemessenem Schalldruck mit dem erfindungsgemäßen elektrostatischen Lautsprecher wieder geben zu können.To further increase the effective membrane area it convenient to have several rows of flat, parallel to each other and linearly arranged fixed electrodes as interconnect several "modules". The largest possible Membrane area is desirable, especially deep Frequencies with adequate sound pressure with the electrostatic speaker according to the invention again to be able to give.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt A preferred embodiment of the invention is in following described with reference to the drawing. It shows
Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht der Elektroden-Membrananordnung des elektro statischen Lautsprechers,wobei die Membran transparent gezeichnet ist, Fig. 1 is a partial perspective view of the electrode-membrane assembly of the electrostatic speaker, the diaphragm is drawn transparent,
Fig. 2 eine seitliche Teilansicht des Elektroden aufbaus mit eingezeichnetem Feldlinienverlauf, Fig. 2 is a partial side view of the electrode assembly with plotted field line course,
Fig. 3 eine seitliche Teilansicht zur Erläuterung der Funktionsweise des elektrostatischen Laut sprechers, Fig. Is a partial side view for explaining the operation of the electrostatic 3 speaker
Fig. 4 eine Vorderansicht des elektrostatischen Lautsprechers und Fig. 4 is a front view of the electrostatic speaker and
Fig. 5 einen Querschnitt durch den elektrostatischen Lautsprecher. Fig. 5 shows a cross section through the electrostatic speaker.
Wie insbesondere aus Fig. 1 hervorgeht, besteht die Elektroden-Membrananordung des elektrostatischen Laut sprechers aus einer Reihe von flachen, parallel zueinander und linear angeordneten Festelektroden 1 wechselnder Polarität und einer sich mittig zwischen den gegenüber liegenden flachen Seiten von je zwei benachbarten Fest elektroden 1 erstreckenden Membran 2. Die mittige Anordnung der Membran 2 zwischen den Festelektroden 1 wird durch Abstandshalteeinrichtungen 3 erreicht, die auf den Festelektroden 1 angeordnet sind.As is apparent especially from FIG. 1, the electrode Membrananordung electrostatic Right speaker extending of from a series of flat, parallel to each other and linearly arranged fixed electrodes 1 alternating polarity and is electrodeless centrally between the opposite flat sides of two adjacent solid 1 Membrane 2 . The central arrangement of the membrane 2 between the fixed electrodes 1 is achieved by means of spacers 3 which are arranged on the fixed electrodes 1 .
Die Festelektroden 1 sind in Form von flachen Quadern ausgebildet und aus Metall, zum Beispiel aus Aluminium, gefertigt. Sie können in einer anderen Ausführung auch aus elektrisch leitendem Kunststoff, zum Beispiel durch Spritzen oder Verpressen und insbesondere in Modulbauweise hergestellt sein. Sie sind an ihrer Oberfläche mit einem elektrischen Isolationslack versehen. The fixed electrodes 1 are designed in the form of flat cuboids and made of metal, for example aluminum. In another embodiment, they can also be made of electrically conductive plastic, for example by injection molding or pressing, and in particular in a modular design. They are provided with an electrical insulation varnish on their surface.
Die elektrisch isolierte Abstandshalteeinrichtung 3 ist jeweils an einer Schmalseite einer Festelektrode 1 angeordnet und als Rundholz ausgebildet. Die Abstandshalte einrichtungen 3 sind mit den Festelektroden 1 verklebt. Die Abstandshalteeinrichtungen 3 sind weiterhin mit Epoxyd kleber an den beiden Seitenteilen 4 (Fig. 5) fixiert.The electrically insulated spacer device 3 is arranged on a narrow side of a fixed electrode 1 and is designed as a round timber. The spacing devices 3 are glued to the fixed electrodes 1 . The spacers 3 are also fixed with epoxy glue on the two side parts 4 ( Fig. 5).
Zweckmäßigerweise nach dem Verkleben sämtlicher Abstandshalteeinrichtungen 3 wird die Membran 2 durch die Elektroden-Abstandshalteranordnung durchgeschleift. In dem betrachteten Ausführungsbeispiel wird sie an ihren beiden Enden mit Hilfe von Spannvorrichtungen 5, die an den beiden Seitenteilen 4 angeordnet sind, vorgespannt. Die Membran 2 besteht aus einer mit Metall bedampften, zum Beispiel 20 µm starken Polyesterfolie.Appropriately after all the spacer devices 3 have been glued, the membrane 2 is looped through the electrode spacer arrangement. In the exemplary embodiment under consideration, it is pretensioned at its two ends with the aid of tensioning devices 5 which are arranged on the two side parts 4 . The membrane 2 consists of a metal film, for example 20 μm thick polyester film.
Wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, befindet sich zwischen den Festelektroden 1 ein homogenes elektrisches Feld, durch das sich mittig die Membran 2 erstreckt. Daher unterliegt die Membran 2 einem linearen und im wesentlichen über die ganze Membranfläche gleichmäßigen Antrieb.As can be seen from FIG. 2, there is a homogeneous electric field between the fixed electrodes 1 , through which the membrane 2 extends in the center. The membrane 2 is therefore subject to a linear drive which is substantially uniform over the entire membrane surface.
Fig. 3 erläutert die Funktionsweise des elektrostatischen Lautsprechers. Fig. 3 explains the operation of the electrostatic speaker.
Legt man an die Membran 2 eine Polarisationsspannung mit positivem Potential an und verbindet die Festelektroden mit dem hoch transformierten Tonsignal, so erhält man den zur Zeit t "eingefrorenen" Bewegungszustand der Membran. Zur Zeit t soll die positive Halbwelle der Eingangswechsel spannung an den Festelektroden E1, E3 bzw. die negative Halbwelle an der Festelektrode E2 anliegen. Damit werden die positiv geladenen Membranabschnitte von E1 bzw. E3 abgestossen und gleichzeitig von E2 angezogen. Es ergibt sich also eine Membranbewegung, wie sie durch die in Fig. 3 eingezeichneten dicken Pfeile gekennzeichnet ist. Die Schallabstrahlung erfolgt durch die zwischen der Festelektrode E2 und den Membranabschnitten herausbewegte Luft.If a polarization voltage with a positive potential is applied to the membrane 2 and the fixed electrodes are connected to the highly transformed sound signal, the state of motion of the membrane "frozen" at time t is obtained. At time t, the positive half-wave of the AC input voltage should be applied to the fixed electrodes E 1 , E 3 and the negative half-wave to the fixed electrode E 2 . The positively charged membrane sections are thus repelled by E 1 or E 3 and simultaneously attracted by E 2 . This results in a membrane movement, as indicated by the thick arrows shown in FIG. 3. The sound is emitted by the air moved out between the fixed electrode E 2 and the membrane sections.
Die Fig. 4 und 5 zeigen einen elektrostatischen Lautsprecher in Vorderansicht bzw. im Querschnitt. Bei diesem Lautsprecher betragen die Abmessungen der effektiven Abstrahlfläche ca. 17 cm×10 cm. Durch die Membranführung hat die Membran 2 jedoch eine Membranfläche von ungefähr 105 cm×10 cm. Es ergibt sich also gegenüber der effektiven Abstrahlfläche eine um ca. das 6fache vergrößerte Membranfläche. FIGS. 4 and 5 show an electrostatic speaker in front view and in cross section. With this loudspeaker, the dimensions of the effective radiation area are approx. 17 cm × 10 cm. Due to the membrane guide, however, the membrane 2 has a membrane area of approximately 105 cm × 10 cm. Compared to the effective radiation area, this results in a membrane area that is enlarged by about 6 times.
Eine weitere Vergrößerung der Membranfläche kann dadurch erreicht werden, daß mehrere "Module" des dargestellten elektrostatischen Lautsprechers zusammengeschaltet werden. Auf diese Weise lassen sich insbesondere auch tiefe Frequenzen bei angemessenem Schalldruck wiedergeben.This can further increase the membrane area achieved that several "modules" of the shown electrostatic speaker can be interconnected. In this way, in particular, deep Play frequencies at appropriate sound pressure.
BezugszeichenlisteReference symbol list
1 Festelektrode
2 Membran
3 Abstandshalteeinrichtung
4 Seitenteil
5 Spannvorrichtung
E1 Festelektrode
E2 Festelektrode
E3 Festelektrode 1 fixed electrode
2 membrane
3 spacing device
4 side part
5 tensioning device
E 1 fixed electrode
E 2 fixed electrode
E 3 fixed electrode
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904041544 DE4041544A1 (en) | 1990-12-22 | 1990-12-22 | Electrostatic loudspeaker with stationary electrodes - has membrane threaded in zigzag path between parallel electrodes of alternating polarity |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE4041544A1 true DE4041544A1 (en) | 1992-06-25 |
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DE19904041544 Withdrawn DE4041544A1 (en) | 1990-12-22 | 1990-12-22 | Electrostatic loudspeaker with stationary electrodes - has membrane threaded in zigzag path between parallel electrodes of alternating polarity |
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