DE3029422C2

DE3029422C2 - Piezoelektrischer Lautsprecher

Info

Publication number: DE3029422C2
Application number: DE3029422A
Authority: DE
Inventors: Kyoichi Tokio/Tokyo Maeda
Original assignee: Seikosha KK
Current assignee: Seikosha KK
Priority date: 1979-08-16
Filing date: 1980-08-02
Publication date: 1986-04-03
Also published as: GB2057225B; US4386241A; DE3029422A1; HK56685A; GB2057225A; SG33485G; FR2463562A1; JPS5911237B2; FR2463562B1; JPS5628600A

Description

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Laut-Sprecher entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem bekannten elektromechanischen Wandler dieser Art (US-PS 24 77 596) ist ein kreisscheibenförmiges Wandlerelement vorgesehen, das über einen Gummiring entlang seiner Unterseite an einer als Trägerfläche dienenden Rahmenplatte befestigt ist. Zur Kopplung ragt von der Spitze der konisch ausgebildeten Membran ein Kopplungsstift vor, der mit der Spitze einerkonisch ausgebildeten Metallkappe verbunden ist, die entlang einer konzentrischen Kreislinie mit dem Wandlerelement verbunden ist. Ein Nachteil derartiger und anderer vergleichbarer bekannter Kopplungseinrichtungen wird bei piezoelektrischen Lautsprechern darin gesehen, daß im allgemeinen tiefe Töne nur schwer erzeugt werden können, 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 die meisten bekannten piezoelektrischen Lautsprecher praktisch nur als Hochtonlautsprecher verwendbar.

Es ist ferner für Piezomikrofone bekannt Wandler zu verwenden, die aus einer Biegepiatte und einem Lagerring bestehen, wobei ein kreisscheibenförmiges Wandlerelement auf eine oder auf gegenüberliegende Seiten einer Alaminiumplatte aufgeklebt werden kann (Siemens-Zeitschrift-46 [1972], Heft 4, Seiten 207—209). Es sind ferner andere Kopplungseinrichtungen bekannt die bei elektrodynamischen Lautsprechern Verwendung finden (DE-PS 9 16 954), die jedoch nicht ohne weiteres in kompakten Konstruktionen piezoelektrischer Lautsprecher verwendbar sind

Um Schwierigkeiten der eingangs genannten Art bei piezoelektrischen Lautsprechern zu vermeiden, wurde f»ei piezoelektrischen Lautsprechern auch der Vorschlag bekannt in Verbindung mit einer zentralen Kopplungseinrichtung einen Doppelplatten-Wandler vorzusehen, dessen beide Teile durch ein Abstandsstück miteinander verbunden werden und wobei der eine Teil mit der Spitze der Membran zum Zwecke der Kopplung verbunden wird (DE-OS 17 62 509). Derartige Konstruktionen sind jedoch verhältnismäßig aufwendig.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen piezoelektrischen Lautsprecher der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß ein zufriedenstellender Schalldruck innerhalb eines vergrößerten Frequenzbereichs erzielbar ist, und zwe» mit Hilfe einer Konstruktion, die eine möglichst flache Ausbildung des Lautsprechers ermöglicht damit er beispielsweise 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 Unteransprüche.

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

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ero Ausführungsbeispiel eines Lautsprechers gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine graphische Darstellung des Schalldrucks in Abhängigkeit von der Frequenz bei dem Lautsprecher in F i g. 1 und

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

Der in F i g. 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 Wandlerelemente 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 Wandlerelemente 22, 23 sind auf die gegenüberliegenden Oberflächen der Platte 21 aufgeklebt. Die elektromechanischen Wandlerelemente 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. Die beiden Wandlerelemente sind mit einer nicht dargestellten Antriebselektrode an einer Außenfläche versehen. Die Antriebselektroden sind elektrisch mit-

einander 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 Wandlerelemente 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 Kunststofffolie mit einer aufgedampften Metallschicht oder aus einer Metallfolie bestehen. Für das zylindrische Kopplungsglied 60 findet vorzugsweise ein !eichtes und steifes Materia! Verwendung. Die Schwingunger·, 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 piezoelektrisehen Lautsprechers gemäß der Erfindung, bei dem das piezoelektrische Antriebssystem 20 über ein zylindrisches Kopplungsglied 60 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 Kopplungsdraht 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 beträchtlich höheren Wirkungsgrad. Dadurch kann die in F i g. 2 dargestellte Lautsprecher-Frequenzkurve wesentlich verbessert werden, so daß ein ausreichend flacher Verlauf innerhalb eines vergrößerten Frequenzbereichs zwischen den niedrigsten und der· höchsten Frequenzen erzielt werden kann.

Wie aus F i g. 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 ά'ψ- 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 0,12 mm aufweisen, und wenn die Membran 40 ein Papierkonus mit einem effektiven Durchmesser von 50 mm ist, dann ergibt sich die in F i g. 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 28 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 Antriebssystem;: 20 erzielt werden kann. Durch Anordnung der Kalottc42 im Zentrum der Membran 40 kann ferner der Schalldrück im Bereich 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 Schalldruck 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Piezoelektrischer Lautsprecher mit einem elektromechanischen Wandler mit einem kreisscheibenförmigen piezoelektrischen Wandlerelement, das über einen Träger an einem Rahmen befestigt ist, sowie mit einer entlang ihrem Umfang an dem Rahmen befestigten Membran, die entlang einer konzentrischen Kreislinie mit dem Wandlerelement ge- ίο koppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandlerelement (23) an einer kreisscheibenförmigen, elastischen, dünnen Platte (21) angeordnet ist die entlang ihrem Außenumfang in der öffnung (It) eines im wesentlichen ringscheibenförmigen Rahmens (10) befestigt ist daß die Membran (40) direkt oder über ein zylindrisches Kopplungsglied (60) entlang der konzentrischen Kreislinie mit dem Wandlerelement^qkoppelt ist, und daß das Verhältnis des Durchmesser (d) des Wandlerelements zu dem Durchmesser (D) des nicht an dem Rahmen (10) befestigten Innenbereichs der elastischen, dünnen Platte (21) sowie das Verhältnis des Durchmessers (0) der konzentrischen Kreislinie zu dem Durchmesser (d) des Wandlerelements (23) zwischen 0,65 und 0,8 beträgt

2. Piezoelektrischer Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß auf dem Wandlerelement (23) ein Justierkörper (28) angeordnet ist

3. Piezoelektrischer Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Membran (46/ über dem zylindrischen Kopplungsglied (60) eine Kalotte (42) angeordnet ist.

4. Piezoelektrischer Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß auf der dem Wandlerelement (23) gegenüberliegenden Seite der elastischen, dünnen Platte (21) ein zweites kreisscheibenförmiges piezoelektrisches Wandlerelement (22) angeordnet ist.