DE19712728C1 - Piezoelektrischer Lautsprecher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Piezoelektrischer Lautsprecher nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.

Beim herkömmlichen piezoelektrischen Lautsprechern wirkt ein einzelner Piezo­ biegeschwinger auf eine Pappmembran. Ein derartiger Biegeschwinger ist z. B. beschrieben in Brockhaus, Naturwissenschaft und Technik, Mannheim Sonder­ ausgabe 1989, Band 3, Seite 159. Da hierbei Partialschwingungen der Membran unerwünscht sind, muß diese möglichst steif sein, wozu üblicherweise eine steile Kegelform gewählt wird. Dieser Aufbau bedingt eine große Bauhöhe, die die Mög­ lichkeiten der Plazierung, z. B. im Auto, stark einschränken.

In der JP 64-36195 A2 ist ein piezoelektrischer Lautsprecher bekannt, der ne­ ben einer Membran zwei piezoelektrische Piezobiegeschwinger als schallab­ strahlende Elemente umfaßt. Die Biegeschwinger sind beabstandet von der Mem­ bran angeordnet und stehen in elektrischem Kontakt mit dieser.

Die DE 12 61 176 AS beschreibt einen Lautsprecher, bei dem auf eine Mem­ bran piezoelektrische Kristalle aufgeklebt sind.

Die US 4,580,252 offenbart einen akustischen Empfänger mit einem pyrami­ denstumpfförmigen, metallischen Grundelement, auf dessen Oberflächen pie­ zoelektrische Kristalle aufgeklebt sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen piezoelektrischen Lautsprecher mit extrem niedriger Bauhöhe zu schaffen.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß werden als Antrieb mehrere Piezobiegeschwinger eingesetzt, die extrem flach ausgebildet werden können. Diese wirken auf eine Flachmem­ bran oder eine kegelförmige Membran, wobei der Kegel sehr flach ausgebildet ist (Basiswinkel kleiner als 10°). Die Lage der einzelnen Piezobiegeschwinger zur Membran kann dabei frei gewählt werden.

Durch die erfindungsgemäße Bauweise können Bauhöhen kleiner als ca. 10 mm erreicht werden. Trotz dieser flachen Bauweise weist die Membran eine hohe Steifigkeit auf, so daß Partialschwingungen der Membran vermieden werden.

Vorteilhaft an der Erfindung ist auch, daß die einzelnen Piezobiegeschwinger mit unterschiedlichen Phasenlagen relativ zueinander betrieben werden können. Dadurch kann der Frequenzgang des Lautsprechers wesentlich verbessert wer­ den.

Durch die Möglichkeit, verschiedene freie Biegelängen für die einzelnen Piezo­ biegeschwinger einzustellen, lassen sich Einbrüche im Frequenzgang ausglei­ chen. Hintergrund hierfür ist die Tatsache, daß die Eigenfrequenz des Piezobiege­ schwingers von seiner freien Länge abhängt. Eine Kombination von Piezobiege­ schwingern mit verschiedenen freien Längen führt dazu, daß über einen breiten Frequenzbereich diese Eigenfrequenzen auftreten. Durch eine geschickte Ab­ stimmung ist hierdurch eine einfache Möglichkeit zum Tuning des Frequenzgan­ ges des Lautsprechers gegeben.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform besteht ein Piezobiegeschwin­ ger aus mehreren kaskadierten Piezobiegeschwingern. Dadurch kann der Hub bzw. der auf die Membran ausgeübte Kraft erhöht werden.

Die Erfindung wird anhand einer Figur näher erläutert. Sie zeigt einen erfindungs­ gemäßen Lautsprecher in Draufsicht (unten) und eine Schnittdarstellung entlang der Linie AA (oben).

Auf einer Aluminiumgrundplatte 1 werden die Piezobiegeschwinger 3 mit Hilfe von Klemmklötzen 5 befestigt. In der gezeigten Ausführungsform sind sechs Bie­ geschwinger 3 vorhanden, die regelmäßig über den Umfang der runden Mem­ bran 2 verteilt sind. Ein Biegeschwinger umfaßt dabei zwei Schichten, die mitein­ ander verklebt sind. Diese Schichten werden gegenphasig angesteuert, wodurch sich eine Schicht ausdehnt und die andere verkürzt. Dies führt zu der angestrebten Durchbiegung. Um die empfindlichen Biegeschwinger nicht zu beschädigen, wer­ den Zwischenstücke aus Teflon 7 verwendet. Mittels der Bohrungen 6 sind ver­ schiedene freie Biegelängen einstellbar. Die Einspannung entspricht dabei der eines Kragbalkens. Wird eine Spannung an den Piezobiegeschwinger 3 ange­ legt, verbiegt sich dieser, was zu einer Auslenkung der Membran 2 führt.

Die Membran 2 selbst ist hier als flacher Kegel ausgeführt. Der Basiswinkel α, also der Winkel zwischen Grundfläche und Mantellinie des Kegels, ist kleiner als 10°. Die Membran ist vorteilhaft eine CFK-Sandwich-Konstruktion. Da die Kohlefaser­ gewebe, die für die äußeren Schichten der Sandwichmembran verwendet wer­ den, vorteilhaft sehr grob gewebt sind, wird zur Abdichtung zwischen der außen­ liegenden Kohlefaserlage und dem Sandwichkern zusätzlich eine extrem fein ge­ webte Lage Kevlar einlaminiert. Die als CFK-Sandwichstruktur ausgebildete Membran 2 hat den Vorteil einer hohen Steifigkeit. Diese wird durch die darge­ stellte Ausführung als flacher Kegel noch weiter erhöht.

Die Membran 2 ist mit einer handelsüblichen Sicke 8 an der Aluminiumträgerplat­ te 1 befestigt. An der Membran ist ein CFK-Sechskantring 4 angeordnet, der an die Membran anlaminiert ist. Der CFK-Sechskantring 4 wiederum ist mit dem freien Ende der einzelnen Piezobiegeschwinger 3 verbunden, z. B. verklebt. Dabei ist je­ de Kante des Vielecks ein Piezobiegeschwinger zugeordnet. Durch den Sechs­ kantring wird eine gerade Verbindungslinie als Auflagefläche für die Piezobiege­ schwinger 3 und somit eine verbesserte Krafteinleitung in die Membran erreicht. Eine weitere Zentrierung wie bei konventionellen Lautsprechern üblich, ist nicht erforderlich.

In einer weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung können die Biegeschwinger auch derart angeordnet werden, daß sie mit ihrem freien En­ de anstatt wie in der gezeigten Ausführung radial nach innen stattdessen radial nach außen gerichtet sind. Dabei sind die Klemmklötze nun über oder unterhalb der Membran angeordnet, und die Biegeschwinger wirken wie bei der gezeigten Ausführung auf die Mantelfläche der kegelförmigen Membran.

In einer anderen vorteilhaften Ausführung sind die einzelnen Piezobiegeschwin­ ger nicht baugleich, sondern weisen z. B. im Hinblick auf Hub, Breite, Dicke, Her­ steller unterschiedliche Eigenschaften auf. Damit ergibt sich eine weitere Möglich­ keit, den Frequenzgang des Lautsprechers zu beeinflussen.

Claims (7)

1. Piezoelektrischer Lautsprecher mit einer Membran (2) sowie einem Piezobiegeschwinger (3), wobei ein Ende des Piezobiegeschwingers festgelegt ist, und das andere Ende mechanisch auf die Membran (2) wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein weiterer, mit einem Ende festgelegter und mit dem anderen Ende mechanisch auf die Membran (2) wirkender Piezobiegeschwinger (3) vorhanden ist, und die Membran (2) eine Flachmembran oder eine kegelförmige Membran mit einem Öffnungswinkel (α) kleiner als 10° ist.

2. Piezoelektrischer Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die freie Einspannlänge der Piezobiegeschwinger (3) ein­ stellbar ist.

3. Piezoelektrischer Lautsprecher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Membran (2) eine CFK-Sandwich­ membran mit Kevlar-Einlage zwischen Sandwichkern und Deckschicht ist.

4. Piezoelektrischer Lautsprecher nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß an der Membran (2) ein Vielkan­ tring (4) angeordnet ist, der mit den freien Enden der Piezobiege­ schwinger (3) verbunden ist.

5. Piezoelektrischer Lautsprecher nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Piezobiegeschwin­ ger (3) mit zueinander unterschiedlichen Phasenlagen betrieben werden können.

6. Piezoelektrischer Lautsprecher nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Piezobiege­ schwinger (3) aus mehreren kaskadierten Piezobiegeschwingern be­ steht.

7. Piezobiegeschwinger nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß zumindest zwei der Piezobiegeschwinger (3) einen unterschiedlichen Aufbau aufweisen.