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Wandler für die Umwandlung elektrischer Signale in Schallwellen oder umgekehrt
Die Erfindung betrifft einen Wandler für die Umwandlung elektrischer Signale in Schallwellen oder umgekehrt, mit einem starren Ringteil, an dem mit ihrem Umfangsrand eine Membrane befestigt ist, und einem Streifen aus vorzugsweise keramischem piezoelektrischem Material, der in der Mitte der
Membrane an dieser befestigt ist und an seinen beiden gegenüberliegenden Stirnflächen, die im wesentlichen senkrecht zu den Auslenkbewegungen der Membrane verlaufen, Elektroden aufweist.
Bei bekannten Wandlern dieser Art wird der Streifen aus piezoelektrischem Material zwischen einem
Einsatzteil und einem Schnappring festgehalten, die beide aus nachgiebigem Material bestehen und weit ab von der Einspannstelle der Membrane liegen. Insbesondere ist es bekannt, bei Wandlern dieser Art den Streifen aus piezoelektrischem Material durch eine Einspannung des einen Streifenendes frei auskragend auszubilden und das freie Streifenende mit der Mitte der Membrane zu verbinden. Durch die erforderliche gute Einspannung des Streifens geht aber ein Teil der nutzbaren Streifenlänge für die Biegeschwingerfunktion verloren.
Die Erfindung zielt darauf ab, eine sehr leichte Wandlerkonstruktion der einleitend angegebenen Art zu schaffen, die bei grosser Wirtschaftlichkeit hinsichtlich des Materialaufwandes und bei besonders geringen Abmessungen einen hohen Wirkungsgrad ergibt.
Dies wird dadurch erreicht, dass sich erfindungsgemäss der Streifen aus piezoelektrischem Material diametral zu dem zur Befestigung der Membrane dienenden starren Ringteil erstreckt und an beiden Enden nahe Umfangsrand der Membrane am starren Ringteil befestigt ist. Auf diese Weise ergibt sich, wie an Hand von Ausführungsbeispielen noch genauer beschrieben wird, ein sehr einfacher Gesamtaufbau, in dem die verfügbare Streifenlänge weitestgehend für die Biegeschwingerfunktion ausgenützt wird.
Zweckmässig wird der Streifen aus piezoelektrischem Material durch ein Bleititanat-BleizirkonatElement bekannter Art gebildet, das an zwei Stirnflächen Silberelektroden trägt und eine Reihe von Löchern aufweist, die in Längsrichtung des Elementes verlaufen und mit Graphit überzogen sind, damit das Element während des Herstellungsvorganges polarisiert werden kann. Derartige Bleititanat-Bleizirko- nat-Elemente sind beispielsweise mit einer Breite von etwa 1, 5 mm und einer Dicke von etwa 0, 6 mm im Handel erhältlich ; sie können bei Anlegen von Niederfrequenzsignalen an die Elektroden eine kleine Membrane so stark erregen, dass diese eine für Kopfhörer oder für kleine Lautsprecher ausreichende Hörschallstärke liefert.
Nach der beschriebenen Konstruktion können somit Wandler gebaut werden, die wesentlich leichter sind als die üblichen Schwingspulsysteme.
Da sich der Streifen aus piezoelektrischem Material diametral über die Membrane erstreckt, brauchen die beiden Enden dieses Streifens nicht starr mit dem Ring verbunden zu werden, vielmehr können die Enden des piezoelektrischen Streifens mit dem Ringteil mit Hilfe von nachgiebigen Halteringen verbunden werden, die winkelmässigeAuslenkungen des Streifens an den beidenStützpunkten zulassen.
Bei einer andern Bauweise ist der Streifen aus piezoelektrischem Material an einem Ende mit einem Glied aus anderem Material verbunden und bildet zusammen mit diesem ein kombiniertes Element, das
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sich diametral über die Membrane erstreckt, wobei sein Mittelpunkt an der Membrane befestigt ist und seine Enden mit dem Ringteil verbunden sind.
Die Membrane kann zweckmässig aus Metall oder einem andern Material bestehen, wie es gewöhnlich für die Membranen von Lautsprechern oder Mikrophonen Verwendung findet.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung genauer beschrieben werden. Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine für einen Kopfhörer bestimmte Wandlereinheit nach der Erfindung, Fig. 2 ist ein Vertikalschnitt nach der Linie 2-2 inFig.1, Fig.3 zeigteineDraufsichtauf
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5 sind denFig. 2 und 3 ähnliche Darstellungen einer modifizierten Kopfhörereinheit gemäss der Erfindung.
Die in der Zeichnung dargestellten Miniatur-Wandlereinheiten für Kopfhörer haben eine kreisförmige Membrane 10, die beispielsweise aus Metall besteht und einen konischen Mittelteil 11 aufweist. Die Membrane 10 ist an ihrem Umfang mittels eines Klebstoffes zwischen einem starren, aus Kunststoff geformten Ring 12 und einer ebenfalls starren, aus Kunststoff geformten Abdeckscheibe 13 befestigt.
BeimAusführungsbeispielnachdenFig. 1 - 3istamMittelteil 11 der Membrane 10 mittels eines Klebstoffes ein piezoelektrisches Wandlerelement 14 in Form eines Streifens aus multimorphem keramischem Material auf der Basis Bleizirkonat-Bleititanat imStreifenmittelpunkt befestigt. Die Enden des Wandlerelementes 14 greifen in Halteringe 15 aus Silikon-Elastomer ein, die in Ausnehmungen 16 des Ringes 12 eingesetzt sind ; die Halteringe 15 können in diesen Ausnehmungen 16 am Ring 12 und an der Abdeckscheibe 1a mittels eines Klebstoffes befestigt sein. An seinen beiden gegenüberliegenden Stirnflächen, die parallel zur Hauptebene der Membrane 10 liegen, trägt das Wandlerelement 14
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ist.
Die untere Abdeckscheibe. 13 bildet einen akustischen Schirm ; sie hat (in der Zeichnung nicht sichtbare) Öffnungen für die Übertragung von Luftschwingungen und ist in üblicher Weise mit einem Netz 22 aus Seide od. dgl. versehen.
Durch Verwendung eines piezoelektrischen Materials auf der Basis von Bleizirkonat-Bleititanat ist es leicht möglich, die beschriebene Wandlereinheit mit einem Durchmesser von nur etwa 28 mm auszuführen und dabei eine für Kopfhörer ausreichende Hörschallstärke zu erzielen. Der beschriebene Wandleraufbau kann aber in analogerweise auch für Lautsprecher an Schwerhörigengeräten oder als Mikrophon angewender werden.
Im Falle eines Mikrophons wird die obere Abschlussscheibe 22 zweckmässig perforiert oder weggelassen (wobei dann die Anschlussösen am Ring 12 angebracht werden), so dass die Membrane an beiden Seiten freiliegt, um eine Geräuschkompensation zu erzielen, d. h. das Mikrophon für die Umgebungsgeräusche im wesentlichen unempfindlich zu machen und zu erreichen, dass es nur auf den senkrecht auf eine Seite der Membrane auftreffenden Schall anspricht.
- Die Fig. 4 und 5 stellen eine Modifikation der Wandlerbauweise nach den Fig. ! - 3 dar. In allen Figuren sind für einander entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet worden und essollen nunmehr nur die unterschiedlichen Merkmale der Ausführungsform nach den Fig. 4 und 5 erläutert werden.
Bei der modifizierten Bauweise hat das piezoelektrische Material die Form eines kurzen Streifens 30 aus Bleizirkonat-Bleinitrat, der an einem Ende mit einem Ansatzglied 31 aus Polymethylmethacrylat verbunden ist, um ein kombiniertes Wandlerelement zu bilden, das sich wieder zwischen Halteringen 15 erstreckt. Der Streifen 30 ist mit Hilfe eines Klebstoffes an der Mitte der Membran befestigt und die gesamte Einheit wirkt ähnlich wie die in den Fig. 1-3 dargestellten, wobei die Halteringe 15 win- kelmassige Auslenkungen des kombinierten Elementes an den beiden Stützpunkte zulassen, wenn die an das piezoelektrische Material angelegten elektrischen Signale eine Durchbiegung des Streifens 30 bewirken.
Die Ausführungsform nach den Fig. 4 und 5 ermöglicht eine wesentliche, beispielsweise 407so betragende Einsparung an piezoelektrischem Material im Vergleich zur Ausführung nach den Fig. 1-3.
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