DE3029422A1 - Piezoelektrischer lautsprecher - Google Patents

Description

Anmelder: Kabushiki Kaisha Seikosha, 6-21, 2-chome, Kyobashi,

Chuo-ku, Tokio,Japan

Piezoelektrischer Lautsprecher

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Lautsprecher, dessen Antriebssystem einen elektromechanischen Wandler aufweist.

Das Antriebssystem bekannter piezoelektrischer Lautsprecher enthält einen einfachen elektromechanischen Wandler oder eine elastische dünne Platte, die mindestens auf einer der beiden Oberflächen einen elektromechanischen Wandler trägt. Bei bekannten piezoelektrischen Lautsprechern ist die konische Membran an Stellen mit dem elektromechanischen Wandler gekoppelt, an denen die Schwingungsamplitude des Wandlers maximal ist, wenn dieser mit seiner Eigenfrequenz schwingt. Es ist deshalb jeweils nur eine Verbindungsstelle vorhanden, an der eine direkte Kopplung oder mittels eines Stifts oder eines Drahts erfolgt. Mit einer derartigen Kopplungseinrichtung können tiefe Töne nur schwer erzeugt werden, weil nur die Hauptresonanzfrequenz des elektromechanischen Wandlers und dieser benachbarte Frequenzen zur Erzeugung von Schalldruck beitragen, und weil die Impedanz im Bereich niedriger Frequenzen stark anwächst. Deshalb sind bekannte piezoelektrische Lautsprecher praktisch nur als Hochtonlautsprecher verwendbar.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen piezoelektrischen Lautsprecher der eingangs genannten Art derart zu verbessern,

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daß ein zufriedenstellender Schalldruck innerhalb eines vergrößerten Frequenzbereichs erzielbar ist. Ferner soll der Lautsprecher möglichst flach ausgebildet sein, damit er in tragbaren elektronischen Geräten mit möglichst kompakter Konstruktion verwendbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem piezoelektrischen Lautsprecher der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der ühteransprüche.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Lautsprechers, gemäß der Erfindung/

Fig. 2 einen graphische Darstellung des Schalldrucks in Abhängigkeit von der Frequenz bei dem Lautsprecher in Fig. 1; und

Fig. 3 eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Lautsprechers gemäß der Erfindung.

Der in Fig. 1 dargestellte piezoelektrische Lautsprecher besteht aus einem scheibenförmigen Rahmen 10, der in einem zentralen Bereich eine kreisförmige öffnung 11 aufweist. Entlang dem Umfang des Rahmens 10 ist ein zur Vorderseite vorspringender Ringvorsprung 12 vorgesehen. Als Antriebssystem 20 dienen zwei kreisförmige elektromechanische Wandler 22,23, die auf gegenüberliegenden Seiten einer dünnen elastischen Metallplatte 21 angeordnet sind. Die Platte 21 ist mit Hilfe eines Rings 30 entlang dem Umfang der öffnung 11 an dem Rahmen 10 befestigt. Die kreisförmigen elektromechanischen Wandler 22,23 sind auf die gegenüberliegenden Oberflächen der Platte 21 aufgeklebt. Die elektromechanischen Wandler 22,23 bestehen aus einem anorganischen Material mit einem großen mechanischen Kopplungsfaktor, beispielsweise aus Seignette-Salz, Bariumtitanat, Bleikobaltniobat oder Bleiwismuthniobat. Die dünne Platte 21 besteht aus einem Material mit ausreichender Steifigkeit, vorzugsweise aus Phosphorbronze oder rostfreiem Stahl. Jeder der beiden Wandler 22,23 ist mit einer nicht dargestellten Antriebselektrode an einer

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Außenfläche versehen. Die Antriebselektroden sind elektrisch miteinander durch einen Leitungsdraht 24 verbunden, der durch eine kleine öffnung 25 in der Platte 21 verläuft. Zum äußeren Anschluß dienende Zuleitungen 26,27 sind mit den Antriebselektroden beziehungsweise der Platte 21 verbunden. An die Zuleitungen 26,27 wird das Antriebssignal angelegt.

An dem Ringvorsprung 12 ist eine..Membran 40 mit Hilfe eines Rings 50 befestigt. Die Membran 40 ist leicht konisch ausgebildet und mit dem Antriebssystem 20 durch ein zylindrisches Kopplungsglied 60 verbunden, so daß sich eine kreisförmige Kopplungslinie ergibt, die konzentrisch zu dem Umfang der kreisförmigen Wandler 22,23 verläuft. In gewissen Fällen ist es jedoch möglich, ohne ein Kopplungsglied 60 auszukommen und die Membran 40 direkt mit dem Antriebssystem 20 entlang einer Kreislinie zu verbinden. Die Membran 40 kann aus Papier, einer Kunststoffolie, einer Kunststoffolie mit einer aufgedampften Metallschicht oder aus einer Metallfolie bestehen. Für das zylindrische Kopplungs glied 60 findet vorzugsweise ein leichtes und steifes Material Verwendung. Die Schwingungen des piezoelektrischen Antriebssystems 20 werden auf die Membran 40 über das zylindrische Kopplungsglied 60 übertragen, um eine Schallabstrahlung zu bewirken.

Im folgenden soll ein Vergleich eines piezoelektrischen Lautsprechers gemäß der Erfindung, bei dem das piezoelektrische Antriebssystem 20 über ein zylindrisches Kopplungsglied 6O mit der Membran 40 gekoppelt ist, mit einem bekannten piezoelektrischen Lautsprecher· erfolgen, bei dem die Membran mit dem Mittelpunkt des piezoelektrischen Antriebssystems verbunden ist- Bei einem bekannten Lautsprecher dieser Art, bei dem beispielsweise ein Kopplungs draht Verwendung findet, können die Schwingungen des Antriebssystems nur mit einem guten Wirkungsgrad auf die Membran übertragen werden, wenn das Antriebssystem mit seiner Hauptresonanzfrequenz betrieben wird. Wenn dagegen das Antriebssystem mit einer sekundären Resonanzfrequenz betrieben wird, wird dessen Schwingung nicht auf die Membran übertragen. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung erfolgt dagegen eine übertragung bei Schwingungsformen des Antriebssystems, die einer sekundären Resonanzfrequenz entsprechen, mit einem be-

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trächtlich höheren Wirkungsgrad. Dadurch kann die in Fig. 2 dargestellte Lautsprecher-Frequenzkurve wesentlich verbessert werden, so daß ein ausreichend flacher Verlauf innerhalb eines vergrößerten Frequenzbereichs zwischen den niedrigsten und den höchsten Frequenzen erzielt werden kann.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist,ist der Durchmesser des zylindrischen Kopplungsglieds 60 mit 0, der Durchmesser der Wandler 22,23 mit d, und der Durchmesser der Platte 21 mit D bezeichnet. Die Frequenzkurve wird auch durch die Verhältnisse d/D und 0/d beeinflußt. Praktische Versuche haben gezeigt, daß bei einem Verhältnis von d/D zwischen etwa 0,65 und 0,8 viele sekundäre Resonanzen auftreten, die verhältnismäßig große Amplituden in dem unteren Frequenzbereich verursachen, während die Amplituden entsprechend der Resonanzfrequenz entsprechend abfallen. Wenn das Verhältnis 0/d in einem Bereich zwischen etwa 0,65 und 0,8 gewählt wird, können die Schwingungen des Antriebssystems 20 gleichmäßig auf die Membran 40 in einem vergrößerten Frequenzbereich übertragen werden. Wenn beispielsweise die Membran 40 aus Phosphorbronze besteht, einen Durchmesser von 27 mm und eine Dicke von 0,05 mm hat, und wenn die Wandler 22,23 aus Bleikobaltniobat bestehen und einen Durchmesser von 20 mm und eine Dicke von 0,12mm aufweisen, und wenn die Membran 40 ein Papierkonus mit einem effektiven Durchmesser von 50 mm ist, dann ergibt sich die in Fig. 2 dargestellte Frequenzkurve. Bei den Messungen fand ein sinusförmiges Eingangssignal Verwendung, dessen effektive Spannung 1 Volt betrug. Der Meßpunkt besaß einen Abstand von 9 cm von dem Mittelpunkt der Vorderseite des Rahmens 10.

Fig. 3 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel, bei dem im Zentrum des Antriebssystems 20 ein Justierkörper 28 angeordnet ist und die Membran 40 aus einem konischen Teil 41 und einer zentralen Kalotte 42 besteht. Durch Anordnung des Justierkörpers 2 8. im Zentrum des Antriebssystems 20 verringern sich die Frequenzen der hauptsächlichen und der sekundären Resonanzschwingungsformen des Antriebssystems 20, so daß eine vorteilhafte Verringerung der gesamten Ansprechfrequenz des Antriebssystems 20 erzielz werden kann. Durch Anordnung der Kalotte 42 im Zentrum der Membran 40 kann ferner der Schalldruck im Bereich

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hoher Frequenzen erhöht werden.

Bei beiden beschriebenen Ausführungsbeispielen kann die Membran 40 anstelle eines kreisförmigen einen ovalen Außenumfang aufweisen, und das Antriebssystem 20 kann anstelle von zwei Wandlern 22,23 lediglich einen Wandler enthalten.

Da bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen die Membran 40 mit dem piezoelektrischen Antriebssystem 20 entlang einem konzentrischen Kreis gekoppelt ist, können dessen Schwingungen mit verbessertem Wirkungsgrad und gleichmäßiger auf die Membran nicht nur bei der Hauptresonanz entsprechenden Schwingungsformen sondern auch bei sekundären Resonanzen entsprechenden Schwingungsformen übertragen werden. Deshalb tritt ein ausreichender Schalldrück innerhalb eines vergrößerten Frequenzbereichs zwischen den niedrigsten und den höchsten Frequenzen auf, so daß bei einem derartigen piezoelektrischen Lautsprecher Frequenzkurven erzielbar sind, die mit der Tonqualität üblicher dynamischer Lautsprecher vergleichbar sind. Ein' piezoelektrischer Lautsprecher gemäß der Erfindung kann ferner sehr dünn ausgebildet und verhältnismäßig billig hergestellt werden, so daß er für tragbare Radioapparate und Kassettenrecorder in Miniaturausführung vorteilhaft verwendbar ist.

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Claims (1)

1. ( 1 .^Piezoelektrischer Lautsprecher, dessen Antriebssystem (20) einen kreisförmigen elektromechanischen Wandler aufweist und entlang seines Umfangs an einem Rahmen (10) abgestützt ist, dessen Membran (40) entlang ihrem Umfang an dem Rahmen (10) abgestützt ist, und welche Membran (40) entlang einer konzentrischen Kreislinie mit dem Antriebssystem (20) gekoppelt ist.

   Piezoelektrischer Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (40) mit einem kreisförmigen elektromechanischen Wandler (23) mit Hilfe eines zylindrischen Kopplungsgliedes (60) gekoppelt ist.

   Piezoelektrischer Lautsprecher nach' Anspruch 1 , d a d u r ch gekennzeichnet, daß das Antriebssystem (20) eine kreisförmige elastische dünne Platte (21) enthält, und daß auf mindestens einer der Oberflächen der Platte (21) ein elektromechanischer Wandler (22,23) befestigt ist.

   Piezoelektrischer Lautsprecher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Durchmessers (d) des Wandlers (22,23) zu dem Durchmesser (D) der Platte (21) zwischen 0,65 und 0,8 beträgt.

   Piezoelektrischer Lautsprecher nach Anspruch3 oder 4, d a durch ge kennzeichnet, daß das Verhältnis des Durchmessers (0) der kreisförmigen Kopplungslinie zu dem Durchmesser (d) des Wandlers (22,23) zwischen 0,65 und 0,8 beträgt.

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   6. Piezoelektrischer Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Antriebssystem (20) ein Justierkörper (28) angeordnet ist.

   7. Piezoelektrischer Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, daß an der Membran (40) über dem zylindrischen Kopplungsglied (60) eine Kalotte(42) angeordnet ist.

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