DE2148704C3 - Schallerzeuger - Google Patents

Description

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

Aus der USA.-Patentschrift 3 166 730 ist ein soleher Schwingungserzeuger bekannt. Bei ihm ibt die Membran mit ihrem Rand auf dem Rand des becherförnigen Gehäuses angeklebt, so daß sich ihr mittlerer Teil bei Anregung des piezoelektrischen Wandleti.'lementcs durchbiegen kann. Die Figenart derartiiicr bekannter Schallerzeugcr 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 uie Aufgabe zugrunde, einen Schallerzeuger mit piezoelektrischem Schwinger zu. schaffe:!, der einfach aufgebaut ist, jedoch mit hohem Wirkungsgrad und verbesserter Schall verstärkung arbeitet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Schallerzeuger der eingangs genannten Art erfindungsgemaß dadurch gekennzeichnet, daß die Membran in einer Oberschwingung betrieben ist und im Bereich eines inneren Schwingungskiiotcnkreises an dem als Resonanzkammer der Mcmbrnnschwingfrcquenz ausgebildeten Gehäuse gelagert ist.

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

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß man die Membran in einer höheren 5 Oberschwingung mit mehreren Schwingungsknotenkreisen betreibt und im Bereich des am weitesten innen gelegenen Schwingungsknotenkreises lagen und daß man das Gehäuse mit mehreren, konzentrisch ineinander angeordneten Resonanzkammern ic 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 vom offenen Ende der Resonanzkammer kann eine Reflektorplatte angeordnet sein.

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

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

F i 3. i eine schematische Schnittdarslellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schallerzeuger*,

Fig. 2 ein der Erläuterung der Wirkungsweise des Schallerzeugers nach Fig. 1 dienendes Diagramm.

Fig. 3 eine schematische Schniudarstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schallerzeugers.

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

F i g. 5 eine schematische Schniudarstellung einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaller/eugcrs und

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

In den verschiedenen Figuren sind einander ent-4" sprechende Bauteile jeweils mit gleichen Bezugsnummern bezeichnet.

Der in F i g. 1 gezeigte Schallerzeuger hat ein scheibenförmiges elektromechanisches Wandlerclement 1 aus piezoelektrischem Material wie Bariumtitanat. auf dessen beiden Stimflr'chcn je eine Elektrode 2 bzw. 3 befestigt ist. Die Elektrode 2 besteht aus einer dürnen runden Metallplatte, die viel größer ist als das Wandlerelcment 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 Schwingungsknetenkreis 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 Resonanzkammer 5 am Schwingungsknotenkreis 11 oder in dessen Nahe abgestützt. Obwohl durch mehrerc 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, da» der Durchmesser D des Resonanzhohl- tellem Wege ^[^^^ογΓ^Ϊ F i g. * müssen Sums 51 im wesenüichen gleich dem Durchmesser Wie bei ^d"_r ^AU _e ^rJ_onanzhühlräurneexperiments Schwingungsknotenkreises Il sein sollte, während die Tiefen de,, oeiu

fdoch seine Tiefe H experimentell ermittelt werden ^"J^{1 e}J*£_{D Pr}i„_zip kann der Schal erzeuger S&. F i g. 2 zeigt das Resultat experimenteller Mes- 5 Nach <^J^^ J mehrfachem Weiten y,,

sungen der Schall- oder Lautstärke in Abhängigkeit auch fur Sdwmgu * _{lswdse zeig}t Fig. 4 cmc

dr Tiefe H eines Resonanzhohlraums 51 mit ^^f'^iJ^hllLeugers nach Fig. 3 fur

en der Schall- oder Lautstärke in Abhängigkeit _{lswdse zeg} g

von der Tiefe H eines Resonanzhohlraums 51 mit ^^f'^iJ^hallLeugers nach Fig. 3

einem Durchmesser von 32 mm. Dabei wurden eine ^vandlung d^ ^ha ^_h_ ^ _{Tc t}

Mb i i Dh von ^"^wX£X II JJ und 3 χ κ

metallische Membran mit'einem Durchmesser von ^i^^nXo^nkreisen H, JJ f. »' ™ M) mm und einer Dicke von 0,5 mm, ein piezoelek- 10 drei Si.hwuigun«gk _{dculeL Der} Schaller/.u-

irisches Wandlerelement mit einem Durchmesser von im oberen Teil ^de^ _kam-_mcr mit dre. Resonan/-16 mm und einer Dicke von 0,5 mm sowie eine Er- ger hat eine ^^^nan „ _die konzentrisch zuc-.nrceerfrequenz von 2,6 kHz verwendet. Wie das Dia- hohlräumen 2Jj-" _d^ _ihrc zylindrischen Wangramm zeigt, lag das Maximum der erhaltenen Laut- ander angeoninet «J , _hendcn Schwingungs-

stärkc bei ungefähr 10 mm Tiefe des Resonanzhohl- 15 Jungen jejeiVsmit αc ^ _zusarnmcnfallen raums. Die optimale Tiefe hängt von verschiedenen knotcnkreisen H, * _Abwandlung des SchaH-

Faktoren ab Beispielsweise bei einem Membran- F ι g. 5 zeigt einc spe ^. ^ _{piezoclcklnsc}h,

durchmesser von 70 mm, einem Resonanzhohlraum- *f^u£* ™_ti g. · _{trodcn 2 und} 3 und diedurchmesser von 46 mm und einer Erregerfrequenz Wandlerelemcat I^α _Hchcn gle.chart.g aus-

von 1.0 kHz betrug die optimale Tiefe 26 mm. » ^R^f^^/_QTZ_cl sind wie in Fig- K jedoch

Um den besten Wirkungsgrad zu erzielen, muß der gebildet und Jⁿ|^^^_7kamrner 5 offen und _,m Ah-Durchmesser der Membran richtig gewählt werden. der Boden ^ »esonan _{g übcrdc} ^

Auf experimentellem Wege wurde gefunden, daß der stand ν on c ner Kc i geeignetes Tragcrte.l 9

Durchmesser D des Resorranzhohlraums Sl 65 ± 1 ·■. ^uAtorplatu « st dur J^ _{und hat TO}„_ugs. des Durchmessers der Membran 2 betragen sollte. 25 gehaltert, »'^¹/^,. der etwas größer ist als de;

Es -wurde gefunden, daß der Wirkungsgrad des *^CI«^a^" SSUl.

Schallerzeugers nach F i g. 1 dadurch noch verbessert ^de^f^^a™S FTg. 6 gibt das expenmcnid! «erden kann, daß man die Resonanzkammer 5 mit Das ^Dl^^mm " j _{dem es} die dem Wirkungs-

cinem zusätzlichen Resonanzhohlraum 52, der kon- erzielte R^g^^; entsprechende Lautstark, m zentrisch zum ursprünglichen Resonanzhohlraum 51 30 grad de Schal ^ugcr. ^ ^^ ^ _tor.

angeordnet ist, versieht, wenn die Schwingung einen Abhf gtgke.t om A _{£nde der} Resonanzkam-

Sekundärknoten hat, wie durch die gestrichelten Kur- P^laltJ⁸ ""^d^_e ^m _{man sieh}t, wird der maximale Wrven im oberen Teil von Fig. 3 angedeutet. In Fi g. 3 mer S ^f J¹^_{1n Absta}nd von ungefähr 15 bs hat die Schwingung zwei Knotenkreise 11 und 12, ^"^^ beträgt die Steigerung des W.- und es wurde gefunden, daß der m-.maleWirkungs- ₃₅ 20 mn erha'ten u _{ß ordnung V}on 10·.. Dl

_grad dann erhalten wird, wenn die zylindrischen ^Γ^™"^^ dadurch noch we.ter vcrbcssc-.t Wandungen der beiden ResonanzhohlrNume Sl und ^VVir^^un^™ⁿ _{eine gCil}en die Reflektorplatte 52 L angeordnet sind, daß sie mit den Schwingungs- ^S^^ReSdftorplatte 10 vorsieht Die Retnotenkreisen 11 bzw. 12 zusammenfallen. Die opti- f^^^kann vorzugsweise auch als Frontmalen Prozentverhaltnisse der Durchmesser Dl und 40 flektorpfctte H ^ Schallerzeugers verwendet Dl der Resonanzhohlräume 51 und 52 zum Durch- platte des oena messer der Membran 2 betragen, wie auf experimen- weraen.

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 vorn Durchmesser dieses Schwingungsknotenkreises gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (2) in einer Oberschwingung betrieben ist und im Bereich eines inneren Schwingungsknotenbereiches (11) an dem als Resonanz kammer (51) der Membranschwingfrequenz ausgebildeten Gehäuse (5) gelagert ist.

2. Schallerzeugcr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (2) bei mehreren Schwingungsknotenkreisen (il, 12, 13) im Bereich des am weitesten innen gelegenen Schwingungsknotenkreises (11) gelagert ist und das Gehäuse (S) mit mehreren., konzentrisch ineinander angeordneten Resonanzkammern (5JL, 52, 53) ausgebildet ist, deren zylindrische Wandungen etwa die gleichen Durchmesser haben wie die entsprechenden Schwingungsknotenkreise (F i g. 3).

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

4. Schallerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (2) mittels einer Anzahl von Stülzkanten(4) im Abstand vom Gehauserand uelaaert ist.