DE2803168C3

DE2803168C3 - Elektromechanischer Wandler

Info

Publication number: DE2803168C3
Application number: DE19782803168
Authority: DE
Inventors: Friedemann Dipl.-Ing. Dr. 8069 Jetzendorf Meggl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-01-25
Filing date: 1978-01-25
Publication date: 1982-10-21
Also published as: DE2803168B2; DE2803168A1

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Wandler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In der DE-OS 24 17 962 ist ein elektromechanischer Wandler beschrieben, der unter Anwendung einer Folie, die den piezoelektrischen Effekt aufweist, arbeitet. Die Folie wird in einem gekrümmten Zustand gehalten und an den Endpunkten eingespannt. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes an die Folie tritt eine Längenänderung derselben auf, wodurch die angekoppelte Luft bewegt wird. Umgekehrt erzeugt der Druck einer Schallwelle eine periodische Längenänderung der Folie, wodurch eine elektrische Spannung zwischen den Oberflächen der Folie entsteht.

Aus der US-PS 40 45 695 ist ein elektromechanischen Wandler bekannt, der aus piezoelektrischen Folien aufgebaut ist. Dieser Wandler ist ein selbstständiger Lautsprecher, der zur Abstrahlung hoher Töne dienen soll.

Diese Wandler erfordern einen relativ hohen Fertigungsaufwand und haben einen schlechten Wirkungsgrad. Sie eignen sich deshalb nicht zur Erzeugung einer bewegungsproportionalen Spannung zur Regelung der Abstrahlcharakteristik von Lautsprechern.

Aufgabe der Erfindung ist es daher einen piezoelektrischen Wandler zu schaffen den einfach henstellban ist, einen guten Wirkungsgnad hat und geeignet ist zur Enzeugung eines bewegungspnopontionalen elektrischen Signals zur Regelung der Abstrahlcharakteristik von Lautsprechern.

Erfindungsgemaß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 beschriebenen Maßnahmen gelöst Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 6 beschrieben.

An Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher ei läutert

Es zeigt

F i g. 1 Aufbau eines elektromechanischen Wandlers (schematisch)

F i g. 2 Schwingungsform des Wandlers F i g. 3 Wandler mit dämpfendem Material F i g. 4 Wandler mit beidseitiger Beschichtung F i g. 5 Anwendung eines Wandlers

Fig.6 Ausführungsbeispiel für die Regelung eines Lautsprechers.

In einem Ausführungsbeispiel (Fig. 1) besteht der elektromechanische Wandler aus einer dünnen kreisrunden Scheibe i mit dem Durchmesser D auf deren Oberfläche eine piezoelektrische Folie 2 aufgeklebt ist Die Folie ist mit den Elektroden 3 und 4 versehen. Die Scheibe mit der Folie ist auf der öffnung eines Rohrstückes 5 mit kreisförmigem Querschnitt montiert Die Scheibe hat etwa den Durchmesser des Rohrstückes und liegt mit ihrem Umfang bündig auf. Bei Anlegen eines elektrischen Feldes führt die Folie eine Längenänderung χ aus. Diese Longitudinalschwingung an der Oberfläche der Scheibe erzeugt eine Bbgeschwingung der Scheibe mit der Amplitude h (Fig.2). Die Amplitude h der Biegeschwingung ist für kleine Werte umgekehrt proportional zur Dicke t/der Scheibe.

Die Längenänderung χ der Folie erzeugt also eine Biegeschwingungsampliuide h welche durch das Verhältnis des Scheibendurchmessers D und der Scheibendecke </in weiten Grenzen einstellbar ist Da eine kleine Längenänderung der piezoelektrischen Folie in eine sehr viel größere Biegeschwingungsamplitude transformiert wird hat dieser Wandler einen guten Wirkungsgrad. Der optimale Wirkungsgrad läßt sich durch die Parameter: Dicke, Rückstellkraft, Masse und Dämpfung für jede Anwendung einstellen.

Die Resonanzüberhöhung eines elektromechanischen Wandlers der beschriebenen Art kann durch Verwendung eines stark dämpfenden Materials für die Scheibe sehr klein gemacht werden. Eine zusätzliche Dämpfung der Eigenresonanz wird durch Beschichtung der Folie 2 mit absorbierendem Material 6 erreicht (F i g. 3).

Eine Vergrößerung des Wirkungsgrades gelingt durch beidseitige Beschichtung der Scheibe 1 mit piezoelektrischer Folie 2 gemäß F i g. 4. Die Auslenkung wird dadurch bei gleicher Dicke der Scheibe verdoppelt.

Der erfindungsgemäße Wandler kann vorteilhaft als Druck-, Auslenkungs- oder Beschleunigungsaufnehmer eingesetzt werden. Die Eigenresonanz muß dann über dem Arbeitsfrequenzbereich liegen. Da die Eigenresonanz sehr viel stärker bedämpft ist als bei herkömmlichen piezoelektrischen Wandlern eignet sich dieser Wandler sehr gut als Istwertfühler in Regelkreisen.

Eine solche Anwendung ist in F i g. 3 dargestellt Der erfindungsgemäße Wandler dient als Istwertfühler fün die Beschleunigung den Schwingspule zur Regelung des abgestrahlten Signals von Konuslautsprechern. Der Wandler hat etwa den Durchmesser des Schwingspulenträgers 7 und ist auf dessen membranseitige öffnung aufgeklebt. Auf den Wandler wirken drei Kräfte:

1. Kraft infolge der Beschleunigung der Masse des Wandlers

2. Kraft durch Druck der vorderseitig angekoppelten Luft

3. Kraft durch Druck der Luft im Schwingspulenträger

Bei hohen Frequenzen dominiert Kraft 1, bei tiefen Frequenzen Kraft 3. Der Istwertfühäer hat dadurch zwei Eckfrequenzen. Er gibt bei hohen Frequenzen ein Signal proportional der Beschleunigung ab. Von einer Frequenzgrenze zu tieferen Frequenzen gibt er ein Signal proportional der Geschwindigkeit ab. Ist der Lautsprecher in ein luftdichtes Gehäuse eingebaut so erzeugt der Istwertfühler bei noch tieferen Frequenzen ein Signal proportional dem Druck im Gehäuse, also der Auslenkung. Der Regelkreis ist infolge dieser Charakteristik sehr stabil, insbesondere bei tiefen Frequenzen. Weitere Vorteile liegen in einer großen Ausgangsspannung und Quellkapazität sowie der einfachen Herstellbarkeit und Robustheit.

In F i g. 6 ist ein Ausl'ührungsbeispiel für die Regelung eines Lautsprechers gezeichnet Der Istwertfühler / nimmt die Schwingungen des I.autsprechers auf und erzeugt ein Signal SL Dieses wird mittels des Entzerrers E entzerrt bzw. Hnearisiert und in der Summationsstelle Su vom Sollwert Ssubtrahiert Der Sollwert Sist hierbei das elektrische Eingangssignal der Lautsprecheranlage.

ίο Der Entzerrer £ besteht im einfachsten Falle aus einem

Parallelwiderstand zur Istwertfühlerkapazität Das Differenzsignal (S-Si) wird über den Verstärker Van

die Schwingspule des Lautsprechers geführt

Der erfindungsgemäße Wandler nach F i g. 1 eignet

sich sehr gut als Mikrophon. Infolge der mechanischen Transformation des Wandlers wird ein hoher Übertragungsfaktor erzielt Weitere Vorteile sind der einfache und robuste Aufbau, eine große Aussteuerbarkeit und großer Geräuschspannungsabstand.

Hier/u 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektromechanischen Wandler mit einer den piezoelektrischen Effekt aufweisenden Folie zur Erzeugung eines bewegungsproportionalen elektrischen Signals zur Regelung der Abstrahlcharakteristik von Lautsprechern, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (2) auf die Oberfläche eines ebenen Körpers (1) aufgebracht ist, der auf die membranseitige öffnung des Schwingspulenträgers eines herkömmlichen über eine Schwingspule angeregten Konuslautsprechers montiert ist

2. Elektromechanischen Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (2) auf beiden Seiten des ebenen Körpers (1) aufgebracht ist

3. Elektromechanischen Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (1) aus Material hoher innerer Dämpfung besteht

4. Elektromechanischen Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Folie (2) eine Schicht (6) aus Material hoher innerer Dämpfung aufgebracht ist

5. Elektromechanischen Wandler nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrisehe Folie aus Polyvinylidenfluorid besteht.

6. Elektromechanischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Entzerrer (E) vorgesehen ist der das Signal (Si) des Wandlers (I) entzerrt (linearisiert), daß eine Sumrna- Jo tionstelle (Su) vorgesehen ist, in der das Signal (Si) vom Eingangssignal f5J subtrahiert wird und daß das Differenzsignal (S- Si) über den Verstärker (V) an die Schwingspule des Lautsprechers geführt wird.

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