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Title:
ELECTRO-ACOUSTICAL TRANSDUCER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1989/000801
Kind Code:
A1
Abstract:
A piezoelectric transducer has a piezoelement (5) arranged on a transformer (6). One end of the transformer (6) is connected to a support (3) and the other end is connected to the edge of a membrane (1) whose surface is a continuation of the surface of the piezoelement (5) so that flexural vibrations are set up in the membrane. This arrangement results in a piezoelectric flexural wave transducer which permits easy adaptation to air and operates over a wide range of frequencies.

Inventors:
FISCHER REINHARDT (DE)
Application Number:
PCT/DE1987/000327
Publication Date:
January 26, 1989
Filing Date:
July 21, 1987
Export Citation:
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Assignee:
FISCHER REINHARDT (DE)
International Classes:
H04R7/12; H04R17/00; (IPC1-7): H04R17/00
Foreign References:
US4079213A1978-03-14
EP0063094A11982-10-20
DE3306801A11984-09-06
EP0075911A11983-04-06
US4651044A1987-03-17
FR2019219A11970-06-26
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Claims:
P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Elektroakusti scher Wandler mit einem auf einem Übertrager (6) angeordneten Piezoelement (5) und einer Membran, wobei der Übertrager (6) mit über das Piezoelement hinausragenden Bereichen mit dem Randbereich der Membran (1 ) derart in Verbindung steht, daß sich die Fläche des Pi ezoel ements (5) zur Ausbildung von Biegeschwingungen in der Membran fortsetzt, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Übertrager (6) an zwei bezüglich des Pi ezoel ements sich gegenüberliegenden Enden mit der Membran (1 ) einer¬ seits und einem Träger (3) andererseits verbunden ist.
2. El ektroakusti scher Wandler nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n ze i c h n e t , daß der Randbereich der Membran (1 ) über mehrere im Abstand angeordnete Übertrager (6), die Piezoel emente (5) tragen, an den Träger (3) angekoppelt ist.
3. El ektroakusti scher Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t ' , daß die Membran (1 ) zylindrisch ausgebildet ist und daß der Träger (3) einen Ansatz darstellt, der an einer im Inneren der Membran (1 ) vorgesehenen, rohrförmigen Gegenwand (2) befestigt ist.
4. Elektroakusti scher Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Membran (1) aus Zylindersegmenten besteht und daß die Zylinder¬ segmente über die Übertrager (6) mit Trägern (3) in Verbindung stehen, die jeweils einen Ansatz an einer im Inneren der Membran vorgesehenen, rohrförmigen Gegenstand (2) bilden.
5. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Membran (! ') halbkugelförmig und der Träger (31) Scheiben oder ringförmig ausgebildet ist.
6. Elektroakust scher Wandler nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Träger (3') mit zwei halbkugelförmigen Membranen (l 1) gekoppelt ist.
7. Elektroakustischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis6 dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Über¬ trager (6) zur Konzentrierung der von dem Piezoelement (5) herrührenden Schwingungen auf die Enden des Über¬ tragers oval bzw. elliptisch ausgebildet ist.
8. Elektroakustischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis7 dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß auf beiden Seiten des Übertragers (6) ein Piezoelement (5) angeord¬ net ist.
Description:
ELEKTROAKUSTISCHER WANDLER

Die Erfindung betrifft einen el ektroakusti sehen Wandler ge¬ mäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

STAND DER TECHNIK

Ein derartiger el ektroakusti scher Wandler ist aus der US- PS 3 721 840 bekannt. Bei diesem Wandler ist ein Piezoele¬ ment in Form einer Kreisscheibe auf einem Übertrager aufge¬ bracht, wobei der gesamte Randbereich des Übertragers mit einem Randbereich einer Kreismembran in Verbindung steht, der durch eine im Zentrum der Kreismembran vorgesehene Öff¬ nung ausgebildet wird. Die äußere Kante der Membran ist an einem Gehäuse oder dergleichen befestigt. Aufgrund der Auf¬ hängung des Pi ezoel ements werden die Schwingungen jedoch ge¬ hemmt, so daß die für tiefere Töne erforderlichen Amplituden nicht erzeugt werden können. Außerdem ergeben sich durch die Art der Aufhängung der Membran Resonanzüberhöhungen, die eine Verwendung des el ektroakusti sehen Wandlers im Hi -Fi -Berei ch ni cht zul assen .

Aus der US-PS 4 079 213 ist ferner ein el ektroakusti scher Wandler bekannt, bei dem das Piezomodul in der Mitte an einem Träger festgelegt ist. Ansonsten entspricht der Aufbau dem vorstehend erwähnten Wandler, und es treten die gleichen Probleme auf.

Aus der DE-OS 31 38 566 ist es ferner bekannt, eine Membran mit mehreren Pi ezoel ementen gleichzeitig anzuregen. Die Pi ezoel e ente stellen hier parallel übereinander mit Abstand angeordnete Kreisscheiben dar, deren Außenumfänge mit einer kugelartigen Membran in Verbindung stehen. Durch diese Kopp¬ lung der Pi ezoel emente mit der Membran kommt jedoch nur die jeweils zwischen zwei Pi ezoel ementen liegende Membranfl che zur Wirkung, so daß nur der Hochtonbereich abgestrahlt wird.

Aus "radio entor electronic" Jg. 40, 1974, Nr. 8, S. 118

ist ein Lautsprecher mit einer zylindrischen Membran bekannt, die selbst piezoelektrische Eigenschaften aufweist. Diese Piezo embran steht über einen Polyurethanschaum mit einem koaxialen Träger in Form eines gelochten Metalizylinders in Verbindung. Der Polyurethanschaum dient dabei der Unter¬ drückung bzw. Dämpfung von Resonanzfrequenzen, wodurch je¬ doch der Wirkungsgrad des Lautsprechers verringert wird. Mit diesem Lautsprecher kann außerdem nur der Hochtonbe¬ reich abgestrahlt werden.

Aus der US-PS 4 546 459 ist es bekannt, die Membran eines elektroakusti sehen Wandlers in Zylindersegmente aufgeteilt in Teil bschnitten " anzuregen. Durch eine spezielle An- steuerung dieser Teilabschnitte der Membran l ßt sich eine spezielle Richtwirkung erzielen. Dieser el ektroakusti sehe Wandler dient jedoch als Unterwasserschal 1 empfänger und eignet sich nicht für den Hi -Fi -Bereich .

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den elektro- akustischen Wandler der eingangs genannten Art so weiter¬ zubilden, daß der im Hi -Fi -Berei ch wichtige Mittelton- Bereich von einer einzigen Membran mit ausgeglichenem Frequenzgang bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad abge¬ strahlt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Da der Übertrager an zwei bezüglich des Piezo- elements sich gegenüberliegenden Enden mit der Membran einerseits und einem Träger andererseits verbunden ist, nutzt man die volle Schwingungsf higke t der gesamten Pi ezomodul f1 äche, wodurch größere Auslenkungen und somit

tiefere Töne erzielt werden können. Die für die Piezomodule typischen Resonanzüberhöhungen bei 3 und 5 kHz werden nicht an die Membran übertragen, da die Piezokeramik nur über zwei Stellen mit der Membran bzw. dem Träger in Verbindung steht. Somit kann auf eine Dämpfung zur Vermeidung dieser Resonanz¬ spitzen, z. B. in Form von Weichstoffmaterialien, verzichtet werden, so daß die Vorteile des Piezomoduls, nämlich schnelles Ansprech- und Schwingverhalten, erhalten bleiben. Der Frequenzgang wird so bei gleichzeitig hohem Schall¬ druck 1 i neari si ert .

Ein weiterer Vorteil der Aufhängung besteht darin, daß beliebig viele Piezomodule an der Membran angeordnet werden können, um einen tiefen Frequenzgang zu erreichen und den Schalldruck zu erhöhen, ohne daß diese sich gegenseitig beeinflussen. Die Piezomodule schwingen in einer Richtung, die parallel zur Membranfläche liegt und die entsprechend groß gestaltet werden kann, um tiefe Frequenzen zu erzielen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zei gen :

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel , bei dem die Membran zyl i nderförmi g ausgebildet ist;

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie 11 — 11 in Fig. 1 ;

Fig. 3 ein Detail der Fig. 2 im vergrößerten Maßstab;

Fig. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel , bei dem die Membran aus zwei halbzylindrischen Flächen besteht und

Fig ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem zwei halbkugelige Flächen zu einer kugel¬ förmigen Membranfläche ergänzt sind.

BESTER WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDNG

Fig. 1 stellt ein erstes Ausführungsbeispiel dar, bei dem die Membran 1 im wesentlichen zyl inderförmi g ausgebildet ist. Im Inneren der Membran 1 ist eine Gegenwand 2 vorgesehen, die einen Abstand zur Membran aufweist, so daß die Schwingungen der Membran nicht beeinträchtigt werden und die einer unbe¬ absichtigten, übermäßigen Verbiegung der Membran durch äußere Kräfte entgegenwirkt. Diese Gegenwand 2 stellt bei diesem eisten Ausführungsbeispiel ein Rohr dar. An der Außenseite des Rohres ist ein in Längsrichtung verlaufender Träger 3 in Form eines Ansatzes ausgebildet.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist die Gegenwand 2 von der Membran 1 unter Einhaltung eines bestimmten Abstandes um¬ geben, wobei im Bereich des längs verlaufenden Trägers 3 zwischen den beiden Enden der Membran und dem Träger 3 ein Spalt 4 verbleibt. Dieser Spalt 4 wird mit Hilfe von Piezo- ele enten 5 überbrückt, die auf einem Übertrager 6 ange¬ bracht sind. Die Membran 1 ist somit frei an den einen Enden der Piezoelemente 5 bzw. der Übertrager 6 aufgehängt. Die Fläche des Pi ezoele ents 5 bzw. des Übertragers 6 schließt dabei im wesentlichen tangential an die Membranfläche an; d. h. die Fläche des Pi ezoelements 5 setzt die Membranfläche fort, wodurch die Schwingungen des Piezoelements 5 als Biege¬ wellen auf die Membran übertragen werden. Die die Spalte überbrückenden, im Abstand angeordneten P ezoelemente 5 sind über Leitungen 7 miteinander verbunden, und zwar entweder in Reihe oder parallel .

Fig. 3 zeigt im Detail die Ankopplung der Membran 1 an das Piezoelement 5 und dessen Ankopplung an den Träger 3. Das Piezoelement 5 kommt dabei über dem zwischen der Membran 1 und dem Träger 3 ausgebildeten Spalt 4 zu liegen. Die zu beiden Seiten über das Piezoelement 5 hinausragenden Ab¬ schnitte des Übertragers 6 dienen dabei der Befestigung am Träger 3 bzw. der Membran 1. In vorteilhafter Weise wird die Unterlage el 1 i psenförmi g ausgebildet, um die Schwingungs energie des Pi ezoel ements 5 auf die Enden, die der Verbin¬ dung mit dem Träger bzw. der Membran dienen, zu konzentrie¬ ren. Um ein gutes Impulsverhalten des Wandlers zu erzielen, weist die Membran eine Materi al di cke von etwa 0,05 bis 0,20 mm auf. Vorteilhafterweise besteht die Membran aus einer Alulegierung oder einer harten Kunststoffolie.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel , bei dem die Membran 1 aus zwei Zylindersegmenten besteht. Jede Längs¬ seite des Zylindersegments steht über mehrere im gleichen Abstand in Längsrichtung angeordnete Pi ezoel emente 5 mit einem Träger 3 in Verbindung; d. h. es sind insgesamt zwei Träger vorgesehen, die im Wi nkel abstand von 180° von¬ einander versetzt sind. Es ist jedoch auch zur Steigerung der Ausgangsleistung des Wandlers möglich, nicht nur zwei , sondern mehrere Zylindersegmente und eine de entsprechende größere Anzahl an Pi ezoel ementen vorzusehen. Ferner können auf jedem Übertrager 6 zwei Pi ezoel emente angeordnet werden, eines auf der Vorderseite und eines auf der Rückseite. Die beiden Pi ezoel emente 5 werden dabei gegenphasig angesteuert.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 5 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel unterschei et sich von den vorher gehenden Ausführungsbeispielen dadurch, daß die Membran 1 ' halbkugelförmig und der Träger als eine Scheibe oder Ring ausgebildet ist. Auf der Grundfl che der Scheibe ist eine Gegenwand 2' in Form einer Halbkugel derart befestigt, daß

ein Teil der Scheibe als Rand über die Schnittfläche der darauf befestigten Halbkugel hinaussteht. Die halbkugel¬ förmige Membran 1 ' umgibt die halbkugelförmige Gegenwand 2 l mit vorbestimmtem Abstand, wobei der Außendurchmesser der Scheibe im wesentlichen dem Außendurchmesser der halb¬ kugelförmigen Membran 1 ' entspricht und wobei zwischen dem Außenrand der Scheibe und der Schnittkante der halbkugel¬ förmigen Membran, wie bei den vorherigen Ausführungsbei spi elen ein umlaufender Spalt 4' verbleibt, so daß die Wandler frei an den längs des Umfangs der Scheibe befestigten Piezoel ementen 5' bzw. Übertragern 6 1 angekoppelt ist. Die Pi ezoel emente 5' leiten, ebenso wie. bei den vorstehenden Ausführungsbei spi el en, Biegeschwingungen in die halbkugelförmige Membran 1' ein.

Auf der Rückseite der Scheibe kann ebenso ein hal bkugelför- miger Aufbau vorgesehen werden, so daß die Membranfl che 1 ' insgesamt die Form einer Kugel annimmt.

Da an einem Träger in der Regel zwei Membranseiten ange¬ koppelt werden, wechselt die Zugehörigkeit der einzelnen, im Abstand längs des Trägers angeordneten Pi ezoel emente zu den Membranseiten nach jedem Piezoelement ab, so daß sich z. B. die aus den Figuren ersichtliche, versetzte Anordnung der Pi ezoel emente ergibt.