DE202014000660U1

DE202014000660U1 - Piezo speaker system

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Publication number: DE202014000660U1
Application number: DE201420000660
Authority: DE
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Priority date: 2014-01-28
Filing date: 2014-01-28
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2024-01-29

Abstract

Piezolautsprecher-System, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch einer handelsüblichen trichterförmigen Schallgeber-Membrane, auf der das bei diesem Lautsprechertyp normalerweise vorhandene Piezokeramik-Element mittig fixiert ist, mit seiner rückseitigen Fläche auf einem starren und planen hinteren Materialring H anliegt, und daß an der gegenüberliegenden Vorderseite des Flansches ein in sich ebenfalls steifer und planer vorderer Materialring V anliegt, der seinerseits erfindungsgemäß auf einem federnden Material geeigneter Höhe ruht, und daß dieses federnde Material auf einer starren Oberfläche F aufliegt, und daß diese starre Oberfläche einen konzentrischen Durchbruch aufweist, und daß die gesamte beschriebene Anordnung durch eine Verschraubung ständig in durch Materialdicken genau definierten Abstandshöhen im bestimmungsgemäßen Funktionszustand bereit gehalten wird.Piezo loudspeaker system, characterized in that the flange of a commercially available funnel-shaped sound generator membrane, on which the piezo ceramic element normally present in this type of loudspeaker is fixed in the middle, rests with its rear surface on a rigid and planar rear material ring H, and that on the opposite front side of the flange a likewise stiff and flat front material ring V rests, which in turn rests according to the invention on a resilient material of a suitable height, and that this resilient material rests on a rigid surface F, and that this rigid surface has a concentric opening, and that the entire arrangement described is kept ready by a screw connection in the intended functional state at spacing heights precisely defined by the material thickness.

Description

Stand der TechnikState of the art

Piezolautsprecher werden zur Wandlung elektrischer Signale in akustische Druckänderungen des sie umgebenden Luftvolumens verwendet und zwar speziell im höheren Frequenzbereich des hörbaren Schalls bis in den beginnenden unteren Ultraschallbereich um 18 bis 30 kHz. Der Einsatz reicht daher vom akustischen Bereich bei z. B. Hifi-Boxen bis in den für das menschliche Ohr nicht mehr hörbaren Ultraschallbereich zur Abschreckung von z. B. Mardern oder ggf. Haustieren, die in diesen Bereichen noch sehr gut hören. Von diesen so generierten Scheuchfrequenzen nimmt der Mensch normalerweise nichts mehr wahr.Piezo loudspeakers are used to convert electrical signals into acoustic pressure changes of the surrounding air volume, specifically in the higher frequency range of the audible sound up to the beginning lower ultrasonic range by 18 to 30 kHz. The use therefore ranges from the acoustic range at z. As hi-fi boxes up in the no longer audible for the human ear ultrasound range for deterring z. As martens or possibly pets that hear very well in these areas. Normally, humans no longer perceive of these so-called staging frequencies.

Während bei Hifi-Boxen bis zu 20 kHz eine möglichst gleichbleibende, also lineare, Ubertragungscharakteristik wünschenswert, weil hörbar, ist, gilt für Scheuchgeräusche im Bezug auf das menschliche Hörvermögen genau das Gegenteil: die Scheuchmaßnahme – speziell im häuslichen Bereich – sollte nicht wahrgenommen werden können!While in hi-fi boxes up to 20 kHz as consistent, so linear, transmission characteristic is desirable because audible, is valid for murmurs in relation to human hearing just the opposite: the scare measure - especially in the home - should not be perceived !

Tatsache ist jedoch, daß marktübliche Piezolautsprecher beide Forderungen nicht optimal erfüllen. Es werden zu Maximierung des geschäftlichen Gewinns Billigprodukte eingesetzt. Die gewollte Günstigkeit läßt aber keine hochwertige Fertigung zu, d. h.: es wird nicht formstabiles Material verwendet und dieses zudem unpräzise verarbeitet, was für sämtliche Einzelteile gilt, aus denen ein Piezolautsprecher besteht. So können viele Fehlerquellen dazu beitragen, daß die oben beschriebenen Idealwerte beim praktischen Betrieb nicht erreicht werden; so werden z. B. Ultraschall-Emissionen durch ungewollte Subharmonische (Beifrequenzen) hörbar und können auf Grund ihrer sehr quietschend, zirpend oder gar kreischend auftretenden Art sehr nerven und zur Ablehnung eines Produktes durch den betroffenen Personenkreis führen. Auch Temperatureinflüsse und dadurch bedingte mechanische Veränderungen eines System-Aufbaus können bei mangelnder Stabilität (weil billig) diesen unangenehmen Effekt bewirken – speziell beim Einsatz in Kraftfahrzeugen (Aufheizen, Abkühlen, Fahrtwind, Vibration, Luftfeuchte ...)!The fact is, however, that standard piezoelectric loudspeakers do not optimally meet both requirements. Low-cost products are used to maximize business profits. The desired cheapness but does not allow high-quality manufacturing, d. h .: it is not dimensionally stable material used and this also processed imprecise, which applies to all items that make up a piezo speaker. Thus, many sources of error can contribute to failing to achieve the ideal values described above in practical operation; so z. B. ultrasound emissions by unwanted subharmonic (Beifrequenzen) audible and can be very annoying due to their very squeaky, zirping or even screaming occurring type and lead to the rejection of a product by the affected group of people. Also, temperature effects and resulting mechanical changes of a system structure can cause this unpleasant effect in case of lack of stability (because cheap) - especially when used in motor vehicles (heating, cooling, airstream, vibration, humidity ...)!

Die angemeldete Anordnung der neuartigen Bestandteile von Piezo-Schallgebern („Lautsprecher” trifft zu, wenn die Erfindung im hörbaren Hifi-Bereich angewandt wird!) vermeidet diese Nachteile und hat zusätzlich den Vorteil, daß wesentlich höhere Schalldrücke und ein besserer Frequenzgang erzielt werden können.The notified arrangement of the novel components of piezo sounder ("speaker" applies when the invention in the audible hi-fi area is applied!) Avoids these disadvantages and has the additional advantage that much higher sound pressure and a better frequency response can be achieved.

Funktionsbeschreibungfunction Description

Die hier vorgestellte Erfindung umgeht die bisher übliche Verfahrensweise, daß mit der Montage eines Piezosystems auf der Rückseite eines Schall-Hornes gleichzeitig (!) auch die Membrane des Schallwandlers fixiert wird. Auf Grund einer meist 3-Punkt-Montage ergeben sich hier schon 3 Verspannungszonen, die bei zu weichem Auflagematerial (z. B. Thermoplast) eine Spaltbildung bewirken, wobei die Membrane mangels gleichmäßigen Anpressdrucks zusätzliche sporadische Bewegungen ausführen kann (störend hörbar). Spritzgußreste oder -Toleranzen in den Kunststoffteilen können bisher ungünstige Materialmaß-Kombinationen und damit maßliche Unwägbarkeiten des inneren, nach Verschrauben nicht sichtbaren, Teils des Schallwandlersystems bewirken.The invention presented here circumvents the previously common procedure that with the installation of a piezo system on the back of a horn sound simultaneously (!) And the diaphragm of the transducer is fixed. Due to a mostly 3-point mounting, there are already 3 stress zones that cause gap formation if the support material is too soft (eg thermoplastic), whereby the diaphragm can perform additional sporadic movements due to a lack of uniform contact pressure (disturbing audible). Injection residues or tolerances in the plastic parts can hitherto unfavorable material dimension combinations and thus dimensional imponderables of the inner, not visible after screwing, cause part of the transducer system.

Grundsätzlich besteht das eigentliche Schallwandler-System aus einer mit Elektroden versehenen Piezo-Keramik-Scheibe, die mittig auf einer trichterförmigen Membrane aus Isolierstoff verklebt ist. Die Membrane hat an ihrem Umfang einen abgeflachten Rand in Form eines Flansches; dieser wird von einem inneren Ring in dem Abdeckgehäuse auf eine ringförmige Auflagekante des Schallhorns gedrückt. Elektrisch bewirkte Dickenänderungen des Piezomaterials rufen analoge Bewegungen der Membrane hervor, und diese wiederum Anregungen der sie umgebenden Luftmoleküle; die Trichterform der Membrane und des davon angeordneten und sich im Durchmesser weitenden Schallhorns verstärken die Anregung des davor liegenden Luftmediums (vgl. Grammophon-Trichter!).Basically, the actual transducer system consists of a piezo-ceramic disc provided with electrodes, which is adhesively bonded to the center of a funnel-shaped membrane of insulating material. The membrane has at its periphery a flattened edge in the form of a flange; this is pressed by an inner ring in the cover housing on an annular support edge of the sound horn. Electrically induced changes in the thickness of the piezoelectric material cause analogous movements of the membrane, and these in turn excite the surrounding air molecules; the funnel shape of the diaphragm and the sound horn arranged in it and widening in diameter amplify the excitation of the air medium lying in front of it (compare gramophone funnels!).

Erfindungsgemäß wird nun statt der starren Auflage des Membranflansches direkt auf einer ringförmigen Materialkante des Schallhornes durch Einfügen eines zusätzlichen, von der Montage der Schallkapsel unabhängigen, Materialringes die Möglichkeit geschaffen, den Andruck der Membrane ständig flexibel und im Umfang gleichmäßig zu bewirken; das geschieht in Kombination mit einem an dieser Stelle eingefügten federnden Material geeigneter Höhe.According to the invention instead of the rigid support of the diaphragm flange directly on an annular edge of the material of the sound horn by inserting an additional, independent of the mounting of the sound capsule, material ring created the possibility of the pressure of the membrane constantly flexible and circumferentially uniform effect; this is done in combination with an inserted at this point resilient material of appropriate height.

Dadurch werden voneinander getrennt: a) die Montage des Schallkapsel-Gehäuses auf dem Schallhorn von b) dem Andruck der System-Membrane auf dem Schall-Horn. Der Materialring oberhalb des federnden Materials bewirkt durch einen darin enthaltenen Absatz zudem eine sichere Zentrierung der Membrane in dieser Anordnung; außerdem ist dieser Materialring zu seinem Mittelpunkt hin als Blende mit mehreren sternförmig verlaufenden Stegen ausgestattet; durch die weiten Öffnungen zwischen den Stegen kann der Schall ungehindert austreten; die Stege selbst verhindern eine Berührung/Beschädigung der dahinter angeordneten Membrane.This will separate: a) the mounting of the sound capsule housing on the sonic horn of b) the pressure of the system diaphragm on the sonic horn. The material ring above the resilient material causes by a paragraph contained therein also secure centering of the membrane in this arrangement; In addition, this material ring is equipped to its center as an aperture with several star-shaped webs; the sound can escape unhindered through the wide openings between the webs; the webs themselves prevent contact / damage to the membrane arranged behind.

Als vereinfachtes Schall-Horn wird außerdem erfindungsgemäß eine einfache, mit einer konusförmig verlaufenden Schallöffnung versehene Frontplatte eines dickeren, mechanisch stabilen, Materials vorgesehen; diese Anordnung gestattet eine wesentlich flachere, um bis zu ¾ reduzierte Aufbauhöhe! Hierdurch können die erfindungsgemäßen Schallgeber in wesentlich flachere Gehäuse eingebaut werden, die eine Raum- und Preisersparnis erbringen; dadurch sind sie weniger gefährdet, angestoßen zu werden, wenn sie auf Wänden, Einfahrten oder im Motorraum eines Kfz montiert werden.As a simplified sound horn also a simple, provided with a cone-shaped sound opening front panel of a thicker, mechanically stable material is also provided according to the invention; This arrangement allows a much flatter, by up to ¾ reduced height! As a result, the sound generator according to the invention can be installed in much flatter housing, which provide a space and price savings; As a result, they are less likely to be knocked when mounted on walls, driveways or in the engine compartment of a vehicle.

Mit kleineren Gehäusen, in denen die erfindungsgemäßen Schallgeber eingesetzt werden, gehen auch Gewichtseinsparungen einher, was mehr Einsatzmöglichkeiten zur Folge hat!With smaller housings in which the sound generators according to the invention are used, weight savings are also accompanied, which has more potential applications result!

Claims

Piezo speaker system, characterized in that the flange of a commercial funnel-shaped sounder diaphragm on which the normally present in this type of speaker piezoelectric element is centrally fixed, rests with its rear surface on a rigid and planar rear material ring H, and in that opposite in front of the flange in a likewise stiff and flat front material ring V is applied, which in turn according to the invention rests on a resilient material of suitable height, and that this resilient material rests on a rigid surface F, and that this rigid surface has a concentric aperture, and that the entire arrangement described by a screw constantly in exactly defined by material thickness clearance heights in the intended functional state is kept ready.

Piezo loudspeaker system according to claim 1, characterized in that said material ring H can be an integral part of a housing capsule, but that it can also be a suitably shaped on its Andruckseite independent movable ring B, surrounded by an outer rigidly mounted ring S. is.

Piezo loudspeaker system according to previous claims, characterized in that either the housing capsule mentioned in claim 2 may contain the usual connections for the piezoceramic element, but that in the case of the mentioned in claim 2 movable ring B, a circuit board on the back of the rigid mounted ring S can be fixed, and that then this circuit board connections (pads / planar contact surfaces) in / on their upper (= outer) side contains.

Piezo loudspeaker system according to the preceding claims, characterized in that the material ring V mentioned in claim 1 contains an increased material edge corresponding to the diameter of the flange of the horn cone, and that its outer diameter is smaller than the inner diameter of the housing capsule or rigidly mounted Ring S is (see claim 2).

Piezo loudspeaker system according to the preceding claims, characterized in that the material ring V mentioned in claims 1 and 4 may contain webs of the same material, and in that these webs extend from their circumference star-shaped to its center.

Piezo loudspeaker system according to previous claims, characterized in that the rigid surface F mentioned in claim 1 is part of a thicker material D, and that this material may have the shape of a round disc or a square or a rectangle or any contour, and in that this material has on its back a recess which extends concentrically around the opening extending through the surface, and that this recess is matched in its dimension and its diameter to the outer diameter of the resilient material, and that the resilient material rests therein.

Piezo loudspeaker system according to previous claims, characterized in that the thicker material D described in claim 6 on the flat front has an opening, and that the material passing through the breakthrough wall is tapered, in which it widens to the front in the diameter, and that Alternatively, however, it may also contain any horn-shaped material provided with 1 or more opening channels.

Piezo loudspeaker system according to the preceding claims, characterized in that in the case when the thicker material D described in claim 6 is designed as a round disc, it may contain on its outer circumference a cylindrical step (different diameters).

Piezo loudspeaker system according to the preceding claims, characterized in that the thicker material D described in claim 6 contains threaded holes, and that these threaded holes lie only on the back of the material, and that these threads are thus designed as a blind hole thread, and in that Screw thread screws that lead through mounting flanges of the housing capsule described in claim 2 or by the rigidly mounted ring S described therein, and that this contains appropriately arranged holes.

Piezo loudspeaker system according to the preceding claims, characterized in that the rigidly mounted ring S mentioned in claim 9 may contain additional threaded holes, and that they coincide with holes in the circuit board mentioned in claim 3.

Piezo loudspeaker system according to the preceding claims, characterized in that the resilient material placed according to claim 6 can alternatively also be arranged above the movable ring B mentioned in claim 2, that is to say directly beneath the printed circuit board mentioned in claim 3, and that then the remaining structure this circumstance can be adjusted.