DE2148704B2 - Schallerzeuger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schallerzeuger mu einer Membran, an der ein piezoelektrisches Wandlerelement befestigt ist und die im Bereich ihres Schwingungsknotenkreises auf einem becherförmigen Gehäuse vom Durchmesser dieses Schwingungsknotenkreises gelagert ist.

Aus der USA.-Patentschrift 3 166 730 ist ein solcher Schwingungserzeuger bekannt. Bei ihm ist die Membran mit ihrem Rand auf dem Rand des becherförmigen Gehäuses angeklebt, so daß sich ihr mittlerer Teil bei Anregung des piezoelektrischen Wandlerelementes durchbiegen kann. Die Eigenart derartiger bekannter Schallerzeuger liegt jedoch in einem relativ geringen Wirkungsgrad, so daß sie für Alarmvorrichtungen oder ähnliche Geräte, von denen eine starke Schallabgabe verlangt wird, praktisch unbrauchbar sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schallerzeuger mit piezoelektrischem Schwinger zu schaffen, der einfach aufgebaut ist, jedoch mit hohem Wirkungsgrad und verbesserter Schallverstärkung arbeitet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Schallerzeuger der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Membran in einer Oberschwingung betrieben ist und i;m Bereich eines inneren Schwingungsknotenkreises an dem als Resonanzkammer der Membranschwingtfrequenz ausgebildeten Gehäuse gelagert ist.

Hierdurch ergibt sich gegenüber dem bekannten Schallerzeuger bei relativ einfachem Aufbau ein wesentlich verbesserter Wirkungsgrad.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung be-

steht darin, daß man die Membran in einer höheren

d Oberschwingung mit mehreren Schwingungsknoten-

kreisen betreibt und im Bereich des am weitesten innen gelegenen Schwingungsknotenkreisrs lagert

und daß man das Gehäuse mit mehreren, konzenirisch ineinander angeordneten Resonanzkammern

ίο ausbildet, deren zylindrische Wandungen etwa die gleichen Durchmesser haben wie die entsprechenden

Schwingungsknotenkreise. In weiterer Ausbildung der

Erfindung kann der Boden der Resonanzkammer

offen sein, und im Abstand \om offenen Ende der Resonanzkammer kann eine Reflektorpiatte angeordnet sein.

Im Sinne möglichst geringer Dämpfung der Membranschwingung kann man ferner die Membran mittels einer Anzahl von Stützkanten im Abstand vom Gehäuserand lagern.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schallerzeugers.

F i g. 2 ein der Erläuterung der Wirkungsweise des Schallerzeugers nach Fig. 1 dienendes Diagramm,

Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schallerzeugers,

F i g. 4 eine schematische Schnittdarstellung einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schallerzeugers,

F i g. 5 eine schematische Schnittdarstellung einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäß'η Schallerzeugers und

F i g. 6 ein der Erläuterung der Wirkungsweise des Schallerzeugers nach F i g. 5 dienendes Diagramm.

In den verschiedenen Figuren sind einander entsprechende Bauteile jeweils mit gleichen Bezugsnumrucrn bezeichnet.

Der in Fig. 1 gezeigte Schallerzeuger hat ein scheibenförmiges elektromechanisches Wandlerelement 1 aus piezoelektrischem Material wie Bariumtitanat, auf dessen beiden Stirnflächen je eine Elektrode 2 bzw. 3 befestigt ist. Die Elektrode 2 besteht aus einer dünnen runden Metallplatte, die viel größeiist als das Wandlerelement 1, so daß sie als Membran des Tonerzeugers dient. Natürlich kann aber die Membran auch als getrennter Körper ausgeführt sein und ferner aus einem anderen Material wie z. B. Kunstharz bestehen.

Wird zwischen die Elektroden 2 und 3 ein tonfrequentes Wechselstromsignal entsprechender Frequenz gelegt, so gerät die Membranelektrode 2 in Schwingung, wie durch die gestrichelten Kurven im oberen Teil der Figur angedeutet, wobei sich auf der Membran 2 ein Schwingungsknotenkreis 11 ausbildet. Der Schallerzeuger hat ferner eine becherförmige zylindrische Resonanzkammer 5 mit einem Resonanzhohlraum 51, und die Membran 2 ist durch eine Anzahl von Stützkanten 4 auf dem offenen Ende der ReEonanzkammer 5 am Schwingungsknotenkreis 11 oder in dessen Nähe abgestützt. Obwohl durch mehrere zugespitzte Kanten 4 abgestützt, ist die Membran 2 im übrigen vom Ende der Resonanzkammer 5 durch einen Spalt G von vorzugsweise ungefähr 1,5 mm getrennt. Aus der Zeichnung ist deutlich zu

ersehen, daß der Durchmesser D des Resonanzhohl- teliem Wege ermite I:\ ~_ach ;_g. ι müssen

raums 51 im wesentlichen gleich dem Durchmesser Wie bei der Ausium = _anzhohlräume experimen-

des Schwingunesknotenkreises 11 sein sollte, während die Tiefen der beiden Kesonc

jedoch seine Tiefe H experimentell ermittelt werden teil ermittelt werden _{kann der} Schallerzeuger

muß. F i g. 2 zeigt das Resultat experimenteller Mes- 5 Nach dem,glichen mn ρ _{{achem W}elleni>-p

suneen der Schall- oder Lautstärke in Abhängigkeit auch fur Schwingungen m ^ _p._{g 4} ^

vorder Tiefe H eines Resonanzhohlraums 51 mit ausgebildet werden. Be ⁵P _{nach F}ig. 3 für

einem Durchmesser von 32 mm. Dabei wurden eine Abwandlung des aciwi = _od^ _{Tertiärtyp mil}

metallische Membran mit einem Durchmesser von Schwingungen vorrι ur ^ _{und u wie}

SO mm und einer Dicke von 0.5 mm. ein piezoelek- io drei Schwingungsknotenkre.^^ ^ _Schai_lerzeu-

trifches Wandlerelement mit einem Durchmesser von im oberen lein, ^er ^ = _kanf_{mer m}it drei Resonanz-

i6mm und einer Dicke von 0.5 mm sowie eine Er- ger hat eine Kesu _ ^ konzentrisch zuein-

reaerfrcquenz von 2.6 kHz verwendet. Wie das Dia- hohlräumen al. ^ un ^- _wlindrischen Wan-

arämm zciat. Ia₂ das Maximum der erhaltenen Laut- ander angeordnet. sina. _henden schwingungs-

stärke bei uneefähr 10 mm Tiefe des Resonanzhohl- 15 düngen jeweils mit den e _t^ _zu5ammenfallen.

raums. Die optimale Tiefe hängt von verschiedenen knotenkreisen 11, 1-' _dle ^_bwanc!lung des Schall-

r^ktoren ab. Beispielsweise bei einem Membran- F 1 g. 5 zeigt_ eine j ^^^ _d^ piezoelektrische

durchmesser von 70 mm. einem Resonanzhohlraum- erzeugen, ηacn r i_o. · _ktrp^„_{n 2 u}nd 3 und die

durchmesser von 46 mm und einer Erregerfrequenz Wandlere ernenn, ui _hen „leichartig aus-

H b di il Tif 26 « ^R^7^2^Ä £ ^ i 1 jdh

von 1.0 kHz betrug die optimale Tiefe 26 nm. « ^»»^^"ranet sind wie in Fig. 1. jedoch

Um den besten Wirkungsgrad zu erzielen, muß der geuildet und *^η|^^^{1 5}^ _{5 offe}n und im AbDurchmesser der Membran richtig gewählt werden. der Boden de. ^R«^on*"^kT _{te 8 über}deckt ist. Die Auf experimentellem Wege wurde gefunden, daß der stand von einer ^tleKtorp Trägerteil 9

Durchmesser D des Resonanzhohlraums 51 65 ± 1 · ο RefLktorplatte 8 «t Ju^«« | - _{und hat vorzugs}. de. Durchmessers der Membran 2 betragen sollte. *5 gehaltert, wie g«tncne« :an _f ^ ^ _der

Es wurde gefunden, daß der Wirkungsgrad des weise einen ^Ό?^**^Τ^^τ

Schallerzeugers nach Fi g. 1 dadurch noch verbessert ^^^J™¹?^ ρΓβ 6 gibt das experimentell werden kann, daß man die Resonanzkammer 5 mit Das Diagrammnacn g ^ ^ Wirkungs-

einem zusätzlichen Resonanzhohlraum 52, der kon- erzielte ^Re™J«^aer _{hende Lautstär}ke in

zentrisch zum ursprünglichen Resonanzhohlraum al 30 gr^ J^s ^teneugers ρ ^ _Refiektor.

angeordnet ist. versieht, wenn die Schwingung einen Abhängigkeit vom ad« _{der Resonanzkam}.

Sekundärknoten hat, wie durch die gestrichelten Kur- platte 8 und dem_°ο«*η _{maximale wif}_

ven im oberen Teil von F ig. 3 angedeutet. In F ig 3 m er a zeigt -Wie maxi «ent ^ ₁₅ ^

hat die Schwingung zwei Knotenkreise 11 und ^ ÄÄaUen unibeträgt die Steigerung des Wir- und es wurde gefunden, daß der maximale Wirkung*- 35 JO ™m "halten un^a » _{d von} I₀./,. Der

orad dann erhalten wird, wenn die zylindrischen kungsgrades^ in der ^ verbessert

Wandungen der beiden Resonanzhohlräume 51 und Wirkungsgraden dadurch η _{Refle atte g}

52 so angeordnet sind, daß sie mit den Schwingung- werden daß "⁸J "^₀ ⁸ tatte 10 vorsieht. Die Reknotenkreisen 11 bzw. 12 zusammenfallen. Die opt.- f™**?™£ _k^n 4Ssweise auch als Frontmalen Prozentverhältnisse der Durchmesser Dl und 40 fle^^{latte 1}J ^¹ _{d Sc}h_ai_leraeugers verwendet Dl der Resonanzhohlräume 51 und 52 zum Durch- platte des Gehäuses aes messer der Membran 2 betragen, wie auf expenmen- werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schallerzeuger mit einer Membran, an der ein piezoelektrisches Wandlerelement befestigt ist und die im Bereich ihres Schwingungsknotenkreises auf einem becherförmigen Gehäuse vom Durchmesser dieses Schwingungsknotenkreises «elagert ist. dadu rch gekennzeichnet. daß die Membran (2) in einer Oberschwingung betrieben ist und im Bereich eines inneren Schwingungsknotenbereiches (11) an dem als Resonanzkammer (51) der Membranschwingfrequenz ausgebildeten Gehäuse (5) gelagert ist.

2. Schallerzeuger nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet. daß die Membran (2) bei mehreren Schwin^ungsknotenkreisen (11, 12, 13) im Bereich des ai,i weitesten innen gelegenen Schwingungsknotenkreises (11) gelagert ist und das Gehäuse (5) mit mehreren, konzentrisch ineinander angeordneten Resonanzkammern (51. 52, 53) ausgebildet ist. deren zylindrische Wandungen etwa die gleichen Durchmesser haben wie die entsprechen Jen Schwingungsknotenkreise (Fig. 3).

3. Schallerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden der Resonanzicammer (51) offen ist und im Abstand vom offenen Ende der Resonanzkammer(51) eine Rcflektorplatte (8) angeordnet ist (Fi g. 5).

4. Schallerzeuger nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, "daß die Membran (2) mittels einer Anzahl von Stützkanten (4; im Abstand vom Gehäuserand gelagert ist.