DE3143027C2

DE3143027C2 - Piezoelektrischer Wandler

Info

Publication number: DE3143027C2
Application number: DE3143027A
Authority: DE
Inventors: Akio Mishima Osaka Koyano
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1980-10-29
Filing date: 1981-10-29
Publication date: 1984-02-02
Also published as: DE3143027A1; US4454386A

Abstract

Mit der Erfindung wird ein piezoelektrischer Wandler zur Verwendung in einem piezoelektrischen Lautsprecher zur Verfügung gestellt, der eine metallische Platte und ein piezo elektrisches Plättchen, das an wenigstens einer Seite der metallischen Platte befestigt ist, aufweist, wobei ein erstes Ende des piezoelektrischen Wandlers dazu geeignet ist, am Rahmen des Lautsprechers festgeklemmt zu werden, während ein zweites Ende dazu geeignet ist, mit einer Konusmembran in dem Lautsprecher verbunden zu werden; die Breite des Wandlers an seinem ersten Ende ist gleich oder kleiner als die Breite an seinem zweiten Ende, und das Verhältnis der Breite an seinem zweiten Ende zu seiner effektiven Länge liegt zwischen 0,75 und 3.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Wandler der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
Nach dem Stand der Technik sind piezoelektrische

ίο Wandler, die dazu verwendet werden können, schallerzeugende Elemente in piezoelektrischen Lautsprechern anzutreiben, bekannt. Diese piezoelektrischen Wandler (die nachstehend als »Wandler« in der Einzahl oder in der Mehrzahl bezeichnet sind) sind normalerweise aus

is wenigstens einem piezoelektrischen Plättchen aufgebaut, das auf einer metallischen Platte angebracht ist; jedoch sind unterschiedliche Arten solcher Wandler bekannt.
In den US-Patentschriften 35 48 116 und 36 29 625

-'ο sind Wandler der Zweielementkristallart vom Scheibentyp bekannt, die aus zwei scheibenförmig piezoelektrischen Plättchen aufgebaut sind, welche mittels einer scheibenförmigen metallischen Platte getrennt sind. In diesen Wandlern tritt eine Schwingungsbiegung auf, wenn auf die piezoelektrischen Plättchen eine Spannung gegeben wird, und das Ergebnis ist eine Antriebskraft, die auf das schallerzeugende Element wirkt, mit dem die piezoelektrischen Plättchen verbunden sind. Dadurch wieder werden Hörschallwellen erzeugt, die

jo von dem Lautsprecher ausgesandt werden.

Die untere Grenze der Schallfrequenzen, die das schallerzeugende Element des Lautsprechers erzeugen kann, hängt von der Grundresonanzfrequenz f₀ des Wandlers ab, die diesem zugeordnet ist. Wenn zum Beispiel die piezoelektrischen Plättchen der Zweielementkristallwandler vom Scheibentyp und die schichtformig dazwischen angeordnete metallische Scheibe Außendurchmesser von 24,3 mm haben und jedes der Plättchen sowie die Platte eine gleiche Dicke von 0,15 mm

4u hat, ist die niedrigste Schallfrequenz, die das zugehörige schallerzeugende Element reproduzieren kann, etwa 4000 Hz. Damit diese Wandler in Verbindung mit schallerzeugenden Elementen brauchbar sind, welche dazu vorgesehen sind, die niedrigsten S^hallfrequenzen im Sprachbereich, d.h. etwa 400 Hz, zu reproduzieren, müssen ihre Resonanzfrequenzen um den Faktor 10 vermindert werden.

Nun sind die Resonanzfrequenzen dieser Wandler ihrer Dicke direkt und dem Quadrat ihres Durchmessers umgekehrt proportioal. Wenn die Dicke der Wandler konstant gehalten wird, würde es die Herabsetzung der Resonanzfrequenz um den Faktor 10 infolgedessen erfordern, daß deren Durchmesser etwa 77 mm wäre. Jedoch werden die piezoelektrischen Plättchen üblicherweise aus einer piezoelektrischen Bleititanatzirkonatkeramik hergestellt (wobei jeweils eine Silberelektrode auf beiden Flächen durch Bindung vorgesehen ist), und es ist schwierig, Plättchen solcher Durchmesser herzustellen, und außerdem können sie leicht zerbre-

w) chen. Die praktische Grenze des Durchmessers derartiger piezoelektrischer Plättchen beträgt etwa 30 mm.

Obwohl die Resonanzfrequenz auch durch Verminderung der Dicke der Plättchen vermindert werden könnte, würde es eine Herabsetzung vonf_ü um den Fak-

*>5 tor 10 erfordern, daß das keramische Plättchen eine Dicke von 0,015 mm hat, was ziemlich unpraktisch ist.

Die minimale praktische Dicke beträgt etwa 0,08 mm.

Infolgedessen werden Zweielementkristallwandler

vom Scheibentyp normalerweise nur in Verbindung mit den hohe Frequenzen reproduzierenden Hochtonkegeln in Lautsprechern verwendet.

In der US-Patentschrift 35 77 020 bzw. der DE-OS 20 48 899 ist eine weitere Wandlerart beschrieben, nämlich ein rechteckiger Wandler mit zwei piezoelektrischen Plättchen vom Freiträgertyp. Dieser Wandler, der aus einer rechteckigen metallischen oder metallisierten Platte und gesonderten rechteckigen piezoelektrischen Plättchen, die an entgegengesetzten Seiten der metallischen oder metallisierten Platte angebracht sind, aufgebaut ist, ist dazu geeignet, starr an einem Ende des Rahmens des Lautsprechers festgeklemmt zu werden, während er an seinem entgegengesetzten Ende an der Konusmembran des Lautsprechers angebracht wird. Dieser rechteckige Zweielementkristallwandler vom Freiträgertyp kann eine Resonanzfrequenz aufweisen, die etwa ein Viertel derjenigen des Zweielementkristallwandlers vom Scheibentyp beträgt. Jedoch sind solche rechteckigen Wandler vom Freiträgertyp nicht leistungsfähig genug, um Lautsprecherkonen, die zum Reproduzieren von verhältnismäßig niedrigfrequenten Hörtönen unter etwa 4000 Hz vorgesehen sind, anzutreiben. Ihre Hnuptverwendung bestand bisher darin, daß sie in Mikrophonen als schallaufnehmende Elemente vorgesehen waren. Jedoch ist ihre Verwendung in Mikrophonen nicht in vollem Umfang wünschenswert, da Wandler in Mikrophonen tatsächlich relativ hohe Resonanzfrequenzen für die Erzielung der besten Wirkung haben sollten.

Schließlich ist aus der DE-OS 21 19 892 ein piezoelektrischer Wandler der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art bekannt, wobei dieser aus mehreren Platten bestehende Wandler rechteckig ausgebildet ist und die Breite desselben an demjenigen Ende des Wandlers, an dem er fest mit dem Rahmen des piezoelektrischen Lautsprechers verbunden ist, gleich der Breite des Wandlers an demjenigen Ende desselben ist, an dem er mit dem tonerzeugendem Element, d. h. der Lautsprechermembran verbunden ist.

Dieser piezoelektrische Wandler hat die gleichen Nachteile wie die vorstehend erörterten Wandler gemäß der US-PS 35 77 020 und der DE-OS 20 48 899. Alle diese piezoelektrischen Wandler haben im Bereich zwischen der Grundresonanzfrequenz/₀ und der primären höheren Resonanzfrequenz/i erhebliche Verzerrungen in der Tonwiedergabe, so daß sie nur bei höheren Frequenzen oberhalb von etwa 4000 Hz für Lautsprecher brauchbar sind.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, einen piezoelektrischen Wandler der eingangs genannten Art so auszubilden, daß er auch bei Frequenzen unterhalb von 4000 Hz ohne starke Verzerrungen für die Tonwiedergabe verwendbar ist, insbesondere bis herab zu etwa 400 Hz.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch diese Merkmale wird nämlich, wie weiter unten in näheren Einzelheiten erläutert ist, die Tonwiedergabe im Bereich tieferer Frequenzen wesentlich verbessert, indem eine Entzerrung dadurch erreicht wird, daß die Biegeresonanzfrequenz/,,, zwischen die Grundresonanzfrequenz/₀ und die primäre höhere Resonanzfrequenz/) im Sprachbereich gelegt wird.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung sei nachstehend anhand einiger bevorzugter Ausführungsformen, die in näheren Einzelhei-

ten beschrieben werden, unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen piezoelektrischen Lautsprecher, in dem ein gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebauter Wandler vorgesehen ist;

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie H-II der Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Darstellung, welche die grundsätzliche Form eines Wandlers gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;

Yig. 4 eine Kurvendarstellung, die eine Ausgangscharakteristik des in Fig. 3 gezeigten Wandlers veranschaulicht;

'Fig. 5 eine Kurvendarstellung, die die Beziehung zwischen dem Abmessungsverhältnis des Wandlers und dessen Resonanzfrequenz veranschaulicht;

Fig. 6 eine weitere Kurvendarstellung, die eine Ausgangscharakteristik des in Fig. 3 gezeigten Wandlers veranschaulicht;

Fig. 7 A bis 7 D Aufsichten, die Ausführungsformen von Wandlern zeigen, welche gemäß der Erfindung aufgebaut sind;

Fig. 8 eine Kurvendarstellung, die eine Ausgangscharakteristik des in Fig. 7D gezeigten Wandlers veranschaulicht;

Fig. 9A bis 9C Aufsichten, die weitere Ausführungsformen von Wandlern repräsentieren, welche gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut sind;

Fig. 10 eine Kurvendarstellung, die eine Ausgangscharakteristik des in Fig. 9 A gezeigten Wandlers veranschaulicht;

Fig. 11 eine Aufsicht, die eine weitere Ausführungsform eines Wandlers repräsentiert, der gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;

Fig. 12 eine Kurvendarstellung, die eine Ausgangscharakteristik des in Fig. 11 gezeigten Wandlers veranschaulicht;

Fig. 13 eine Aufsicht auf einen anderen Wandler, der gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist; und

Fig. 14 eine Kurvendarstellung, die eine Ausgangscharakteristik des in Fig. 13 gezeigten Wandlers veranschaulicht.

Ein piezoelektrischer Lautsprecher, in dem ein gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebauter Wandler vorgesehen ist, ist in den Fig. 1 und 2 gezeigt. Der Lautsprecher weist einen Rahmen 7, einen Dichtring 8 (sowohl der Rahmen 7 als auch der Dichtring 8 ist aus geformten bzw. gepreßtem Acrylonitrilstyrolbutadiencopolymerharz ausgebildet) und eine Konusmembran 9 auf. Die Konusmembran 9, die auf ihrer oberen (gemäß der Ansicht der Fig. 2) Oberfläche eine Mehrzahl von Radialrippen 10 zur Verstärkung aufweist, ist an ihrem äußeren Umfang zwischen dem Rahmen 7 und dem Dichtring 8 eingeklemmt. Der geformte Rahmen 7 besitzt Vorsprünge 11, die sich von seinem oberen (gemäß der Ansicht der F i g. 2) Ende weg erstrecken, so daß dessen Befestigung auf einem gewünschten Träger (nicht gezeigt) ermöglicht wird, und er ist außerdem so geformt, daß er Luftlöcher 12 längs seiner unteren (rückwärtigen) Seite besitzt. Ein Wandler?, der gemäß der vorliegenden Erfindung so aufgebaut ist, daß er piezoelektrische Plättchen 1 und 1' auf entgegengesetzten Seiten einer metallischen Platte 2 aufweist, ist so angeordnet, daß er sich vom Ende 5 zwischen dem Rahmen 7 und dem Dichtring 8 zur Mitte 12 der Konusmembran 9 erstreckt. Ein Leitungsdraht 6 bildet eine Verbindung zu der metallischen Platte 2 des Wandlers.

und ein Leitungsdraht 6' bildet eine Verbindung mit den piezoelektrischen Plättchen 1 und Γ. Die piezoelektrischen Plättchen 1 und Γ bestehen entweder aus einer Bariumtitanatkeramik oder einer Bleititanatzirkonatkeramik, die in der Richtung ihrer Dicke polarisiert ist und Silberelektroden aufweist, die auf beiden Seiten eingebrannt sind. Die metallische Platte 2 besteht aus einem leitfähigen Material, wie beispielsweise Phosphorbronze, Messing oder Aluminium, obwohl auch eine dünne Kunststoffplatte, die mit einem metallischen Film metallisiert worden ist, verwendet werden kann. Die piezoelektrischen Plättchen sind an der metallischen Platte mittels eines Epoxyharzes befestigt, das eine starke Bindung zwischen der metallischen Platte und den piezoelektrischen Plättchen herstellt.

Die grundsätzliche Form des Wandlers gemäß der Erfindung ist in den Fig. 2 und 3 gezeigt. Es sei darauf hingewiesen, daß der Wandler in der Form symmetrisch sein kann, d. h. eine metallische Platte besitzt, die je ein gesondertes piezoelektrisches Plättchen auf entgegengesetzten Seiten aufweist, oder er kann in der Form asymmetrisch sein, d.h. eine metallische Platte besitzen, die nur auf einer Seite derselben ein piezoelektrisches Plättchen aufweist. Der Wandler vom symmetrischen Typ ist in der Lage, eine leistungsfähige Antriebskraft zu erzeugen, während der Wandler vom asymmetrischen Typ entsprechend nur etwa '/2 der Antriebskraft liefert; jedoch sind die Wandler vom asymmetrischen Typ trotzdem dem insofern wertvoll, als ihre Herstellung weniger kostenaufwendig ist.

Wenn ein elektrisches Signal auf den erfindungsgemäßen Wandler von der symmetrischen Art gegeben wird, dann dehnt sich das eine piezoelektrische Plättchen in der Längsrichtung des Wandlers, und das andere Plättchen zieht sich zusammen, so daß der Wandler auf diese Weise eine Biegeschwingung erzeugt, die mit dem elektrischen Signal in Beziehung steht. Die Konusmembran, an welcher der Wandler angebracht ist, schwingt in der Vertikalrichtung (bezogen auf die Fig. 2) und strahlt eine zugeordnete Schallwelle ab. ίο

Wenn der Wandler andererseits von der asymmetrischen Art ist. dann dehnt sich das eine piezoelektrische Plättchen (die metallische Platte bleibt in ihrer Länge unverändert), und es wird eine Biegeschwingung hervorgebracht, die ähnlich derjenigen ist, wie sie mit einem Wandler der symmetrischen Art erzielt wird. Die Wandlernach der vorliegenden Erfindung werden nachstehend in näheren Einzelheiten bezüglich der asymmetrischen Art erörtert.

Im Rahmen der vorliegenden F.rfindung wurde gefun- ν den, d:iß ein nie/nelekirischer ! iuitsprecher einen bes-,eren Ton erzeugen kann, wenn das Schwingungsende des Wandlers, das an der Konusmembran angebracht_ ist, erweitert wird. Es wird angenommen, daß, obwohl die Tonabgabe im Falle eines konventionellen recht- 5ί eckigen Wandlers nur von der Biegeschwingung abhängt, die in Längsrichtung des Wandlers auftritt, dann, wenn der Wandler in seiner Form derart geändert wird, daß er an seinem Schwingungsende, welches sich in Kontakt mit dem Lautsprecherkonus befindet, eine ver- ω größene Breite hat, die Tonabgabe der Konusmembran sowohl aus der Biegeschwingung, die in Längsrichtung des Wandlers wirkt, als auch aus der Biegeschwingung, die über die Breite des Wandlers wirkt, resultiert. Die Tonabgabe von der Konusmembran wird maximalisiert, tn wenn die Biegeschwingung des Wandlers maximalisiert ist. Jedoch hat ein konventioneller rechteckiger Wandler im Sprachbereich keine andere Resonanzstelle als bei der Grundresonanzfrequenz/₀ und bei der primären höheren Resonanzfrequenz/, im Sprachbereich. Da die Frequenzen/o und/, ziemlich unterschiedliche Werte haben, tritt bei dazwischenliegenden Frequenzen eine Verzerrung der Tonabgabe auf.

Die Wandler nach der vorliegenden Erfindung weisen eine Biegeresonanzfrequenz/»-zwischen den Frequenzen Ζ,, und /, auf, und infolgedessen wird die durchschnittliche Tonabgabe in dem Bereich zwischen/, und /, verbessert. Eine Schwingungsauslenkung bei f₀, /, undfw ist in gestrichelten Linien in Fig. 3 dargestellt. Infolge einer Zunahme der äquivalenten Masse des Wandlers und einer Abnahme des/₀-Werts wird die Entzerrungsbandbreite vergrößert. Das Ergebnis ist aus Fig. 4 ersichtlich.

Das; Prinzip der Erfindung besteht daher darin, die Biegeresonanzfrequenz f_w in der Breitenrichtung entsprechend der Breite W wirksam zwischen den Längsbiege::resonanzfrequenzen/₀ und/,, die durch die effektive Länge / des Wandlers festgelegt sind, anzuordnen.

Wenn die effektive Länge des Wandlers /, die Dicke t, die Schallgeschwindigkeit der Biegeschwingung vund a, eine Konstante sind, dann ist eine Längsbiegeresonanzfrequenz/, des Wandlers für/₀,/, erzielbar bei:

α l²t
2πΙ²

Dann ergibt sich die Biegeresonanzfrequenz/,,, bei einer Breite des Wandlers W und mit einer Konstanten a_w zu:

Jw =

aw't InW¹

Aus den Gleichungen 1 und 2 erhält man/^ durch die folgende Gleichung:

L· . (ΞΛ². (JL)²

w KaJ KlJ

Wie/»- mit Bezug auf// angeordnet ist, ist demgemäß aufgrund des Abmessungsverhältnissec WII des Wandlers festgelegt.

Die durch Messung der Verteilung der Biegeresonanzfrequenzen bei Änderung des Abmessungsverhältnisses WIl des Wandlers erhaltenen Ergebnisse sind in Fig. 5 veranschaulicht.

Die Ergebnisse der Fig. 5 wurden durch Untersuchung eines Wandlers erhalten, der ein piezoelektrisches Plättchen 1 und eine metallische Platte 2 von 0,15 mm Dicke sowie eine effektive Länge /von 13 mm hatte, wobei W verändert wurde. Es wurde gefunden, daß die Biegeresonanzfrequenzf_w zwischen/₀ und/, liegt, wenn man WIl im Bereich von 0,75 bis 3 wählt, so daß dadurch die Ausgangscharakteristik des Wandlers verbessert wird. Wenn f_w sehr nahe an/, oder/, herankommt, dann wird das durchschnittliche Ausgangssignal zwischen/₀ und/, verzerrt. Um das Ausgangssignal im Sprachbereich zu verbessern, ist es zu bevorzugen,/»/ in der Nähe von/₀ auf der Seite niedriger Frequenz anzuordnen. In dieser Hinsicht liegt das bevorzugte Verhältnis von WIl im Bereich von I bis 2,75 Da für die Anordnung von/»/ eine Hörabschätzung aktuell wichtiger als eine theoretische Abschätzung ist, wurde der Frequenzabgleich gehörmäßig bzw. akustisch abgeschätzt, und das optimale Verhältnis von WII wurde

dahingehend bestimmt, daß es im Bereich von 1,5 bis 2,5 liegt.

Andererseits muß die Breite W₀ des befestigten Endes des Wandlers (des Endes, das am Lautsprecherrahmen angebracht ist) in einem derartigen Verhältnis zu W stehen, daß W₀ZW<l ist. Weil der Wert/₀ zu groß wird, wenn sich W₀IW dem Wert 1 nähert. Und die reproduzierbare Bandbreite wird infolgedessen schmäler, und in Anbetracht dessen, daß sich das Ausgangsniveau bei /₀ verzerrt, wenn sich W₀IW dem Wert 0 nähert, beträgt der bevorzugte Wert von W₀IW

0,2 <

JiL
W

< 0,8.

Da weiter der Lautsprecherrahmen allgemein rund ist, beträgt, wenn man die Wandlercharakteristika von einer Verzerrung freihalten und den Wandler an seinem festen Ende wirksam an dem runden Lautsprecherrahmen anbringen will, der optimale Wert von W₀IW

0,3 <

< 0..6 .

Die Fig. 6 zeigt eine Ausgangscharakteristik des Lautsprechers, die erzielt wird, wenn der Wandler in der in F i g. 3 gezeigten Form aufgebaut ist, d. h. in asymmetrischer Art (mit einem piezoelektrischen Plättchen), wobei das piezoelektrische Plättchen 1 und die metallische Platte 2 beide eine Dicke von 0,15 mm haben, W den Wert von 24 mm, / den Wert von 13 mm und W₀ den Wert von 10 mm haben und die Länge der Dehnung des schwingenden Endes des Wandlers 8 mm beträgt. Die Fig. 6 zeigt eine Kurve, die durch Messen des Tondruckniveaus in einem Abstand von 10 cm auf der Mittelachse an der Vorderseite des Lautsprechers beim Anlegen einer Konvektionsspannung von 1 Volt Effektivwert am Wandler erhalten worden ist.

Es ist ersichtlich, daß fw effektiv zwischen/₀ und/, vorgesehen worden ist, wodurch das Tondruckniveau verbessert wurde.

Jedoch ist der Wandler der Fi g. 3 polygonal und läßt sich daher unglücklicherweise nicht leicht in Massenproduktion herstellen.

Der bevorzugte Wandler gemäß der Erfindung ist infolgedessen unterschiedlich geformt. Wie die Fig. 7 A zeigt, können die Ecken der metallischen Platte gerundet sein, und das piezoelektrische Plättchen kann eine rechteckige Form haben, oder das Plättchen kann, wie in Fig. 7B gezeigt, die Form einer Scheibe, insbesondere einer kreisförmigen Scheibe, haben, oder die metallische Platte 2 und das piezoelektrische Plättchen können beide die Form einer Scheibe, insbesondere einer kreisförmigen Scheibe, haben, wie in Fig. 7 C gezeigt, oder sowohl die metallische Platte 2 als auch das piezoelektrische Plättchen können in ihrer Form halbkreisförmig sein, wie die Fig. 7D zeigt

Eine Ausgangscharakteristik, welche für diese Wandlerbauweisen repräsentativ ist, wurde an einem Lautsprecher gemessen, in dem ein Wandler vorgesehen war, der die in F i g. 7 D gezeigte Form hatte, wobei das piezoelektrische Plättchen 1 und die metallische Platte 2 dieses Wandlers einen Halbkreisradius von 25 mm, eine Dicke von 0,1 mm, einen Wert W von 25 mm, einen Wert von /von 13 mm und einen Wert von W₀ von 10 mm hatten. Die in Fig. 8 dargestellten Ergebnisse zeigen, daß/^ zwischen/₀ undZ₁ liegt und ein entzerrter bzw. regenerierter Ausgang von etwa 400 Hz erhalten wird.

Die Fig. 9 A zeigt einen gemäß einer anderer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebauten Wandler, der in Längsrichtung teilweise verlängert ist, so daß eine vergrößerte Frequenzcharakteristik auf der Niederbereichsseite erzielt wird. Die Fig. 10 zeigt die Ergebnisse, die durch Messen der Frequenzcharakteristik des Wandlers erhalten wurden, wobei das piezoelektrische Plättchen 1 und die metallische Platte 2

ίο einen Halbkreisradius von 25 mm, eine Dicke von 0,1 mm, einen Wert W von 25 mm, einen Wert /von 13 mm und einen Wert W₀ von 10 mm hatten, wobei ferner das schwingende Ende der metallischen Platte 2 in der Breite an zwei Stellen von 5 mm verlängert wurde, wie dargestellt, wobei ein Endvorsprung 2' eine Länge /' von 17,5 mm hatte, während der andere Endvorsprung 2" eine Länge /" von 20 mm hatte.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ergibt sich eine Resonanzfrequenz f_o\ die auf der Länge /' basiert, und eine Resonanzfrequenz/o", die sich von/₀ unterscheidet und auf der Länge /" basiert, und infolgedessen ist der Entzerrungsbereich weiter nach der Niederbereichsseite ausgedehnt worden. Es ist daher denkbar, daß der Bereich noch weiter verbreitert werden kann, indem der Wandler von einer Verbindungsstelle 13 mit einer Konusmembran teilweise verlängert wird. Der Wandler ist in Fig. 9 A an zwei Stellen verlängert, jedoch kann ein Endvorsprung im Prinzip nur an einer Stelle vorgesehen sein, wie in F i g. 9 B gezeigt, oder auch an zwei oder mehr Stellen, wie in Fig. 9C gezeigt.

Weiterhin kann, wie in Fig. 11 dargestellt, die Form des Wandlers 3 bezüglich der Längsmittelachse Oasymmetrisch gemacht werden.
Bei der auf diese Weise zur Mittelachse O asymmetrisch gemachten Form wird die Schwingungsweise im Vergleich mit dem symmetrischen Typ gemäß den Fig. 3 und 7 verbessert, und die Biegeresonanzfrequenz angehoben, wodurch die Frequenzcharakteristik wesentlich abgeflacht bzw. geglättet wird. Ein Lautspreeher, der unter Verwendung eines Wandlers der in Fig. 11 gezeigten Form hergestellt worden war und bei dem das piezoelektrische Plättchen 1 und die metallische Platte 2 einen Radius von 25 mm und eine Dicke von 0,1 mm hatten, wobei weiterhin W den Wert von 20 mm, / den Wert von 13 mm und W₀ den Wert von 10 mm hatten, wies eine Frequenzcharakteristik auf, wie sie in Fig. 12 gezeigt ist.

Als Ergebnis der verbesserten Schwingungsweise wurde, wie in Fig. 12 gezeigt ist, die Frequenzcharakteristik im Vergleich mit dem Fall der Fig. 8, die eine Ausgangscharakteristik eines symmetrischen Wandlers zeigt, abgeflacht bzw. geglättet.

Wenn der Wandler bezüglich der Mittelachse Oasymmetrisch gemacht werden soll, kann die Form des piezoelektrischen Plättchens 1 und der metallischen Platte 2 je unabhängig asymmetrisch bezüglich der Mittelachse O gemacht werden, oder es kann eine ähnliche Wirkung wie in Fig. 12 dadurch erhalten werden, daß man die Festhalteposition des piezoelektrischen Plättchens außerhalb der Mittelachse O vorsieht

Als nächstes sei ein Betriebsbeispiel eines Wandlers gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf einen piezoelektrischen Lautsprecher beschrieben, wie er in Fig. 2 gezeigt ist, und zwar unter Verwendung des in Fig. 13 dargestellten Wandlers. Die Fig. 14 repräsentiert die Ausgangscharakteristik des Lautsprechers, wobei das Schalldruckniveau angegeben ist, das an einer Stelle gemessen wurde, die 10 cm vor dem

Lautsprecher auf der vorderen Achse desselben lag, während eine Wechselstromeingangsspannung von 1 Volt Effektivwert angelegt worden war.

Die dargestellte Ausführungsform weist ein halbkreisförmiges piezoelektrisches Plättchen 1 auf, das aus einer piezoelektrischen Bleititanatzirkonatkeramik besteht und dessen Radius 25 mm beträgt, das eine Dicke von 0,1 mm hat und mit einer Silberelektrode 1 α (nur auf einer Seite dargestellt) versehen ist, die auf beiden Seiten aufgebrannt war, und das weiterhin polarisiert ist; dieses Plättchen ist unter Verwendung eines Epoxyharzes auf einer halbkreisförmigen Phosphorbronzeplatte befestigt, die einen Radius von 33 mm und eine Dicke von 0,1 mm hat. Die effektive Länge / des Wandlers 3 beträgt 17 mm, und das piezoelektrische Plättchen 1 ist teilweise abgeschnitten, so daß es eine Längsabmessung von 18 mm hat. Die Breite W₀ des befestigten Endes 5 beträgt 13 mm, das befestigte Ende der Metallplatte 2 ist teilweise zu einem Leitungsdraht 6 verlängert, und ein Leitungsdraht 6' ist auf dem piezoelektrischen Plättchen 1 aufgelötet.

Für den Lautsprecherrahmen und den Dichtring wurde Acrylonitrilstyrolbutadiencopolymerharz verwendet, und der Rahmen hat einen Außendurchmesser von 40 mm und eine Höhe von 3,5 mm. Die Konusmembran hat einen effektiven Durchmesser von 35 mm, wobei ein 100 μΐη Polyimidfilm thermisch darauf bzw. dazu gepreßt bzw. formgepreßt wurde, er hat eine Höhe von 1,9 mm und besitzt zwölf Verstärkungsrippen, die 1,2 mm breit und 0,5 mm hoch sind.

Das befestigte Ende des Wandlers ist auf seiner Oberseite mit Epoxyharz am Rahmen befestigt, und außerdem wurde Epoxyharz zum Befestigen der Konusmembran und des Dichtrings verwendet. Ein Loch von 1 mm Durchmesser ist im oberen Ende der Konusmembran 9 ausgebildet, und Epoxyharz wurde von dem oberen

!5 Ende herabfallen gelassen, um die Membran auf dem Wandler zu befestigen.

Der erhaltene Lautsprecher ist so leistungsfähig, daß eine entzerrte Tonwiedergabe bereits bei etwa 300 Hz und bei hohen Frequenzen erhalten wurde (Fig. 14),

;o und er wiegt nur 2,9 g, was etwa ein Drittel leichter als das Gewicht eines konventionellen dynamischen Lautsprechers ist.

Hierzu ύ Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Piezoelektrischer Wandler zum Antreiben eines tonerzeugenden Elements in einem piezoelektrischen Lautsprecher, wobei der piezoelektrische Wandler eine metallische Platte und wenigstens ein piezoelektrisches Plättchen aufweist, das mit wenigstens einer Seite der metallischen Platte verbunden ist, wobei ein erstes Ende des piezoelektrischen Wandlers fest mit dem Rahmen des piezoelektrischen Lautsprechers und ein zweites Ende mit dem tonerzeugenden Element verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Wandler so geformt und bemessen ist, daß die Breite (W₀) des piezoelektrischen Wandlers an seinem ersten Enrie kleiner als die Ereite (W) an seinem zweiten Ende ist, und daß das Verhältnis dieser Breite (W) zur effektiven Länge (I) des piezoelektrischen Wandlers zwischen 0,75 und 3 beträgt.

2. Piezoelektrischer Wandler nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Breite (W) zur effektiven Länge (/) zwischen 1 und 2,75 beträgt und daß das Verhältnis der Breite (W₀) am ersten Ende zur Breite (W) am zweiten Ende zwischen 0,2 bis 0,8 liegt.

3. Piezoelektrischer Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Breite (W) zur effektiven Länge (/) zwischen 1,5 und 2,5 beträgt und daß das Verhältnis der Breite (W₀) am ersten Ende zur Breite (W) am zweiten Ende zwischen 0,3 und 0,6 liegt.

4. Piezoelektrischer Wandler nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Wandler so geformt ist, daß er bezüglich einer durch ihn hierdurch gehenden gedachten Längsmittellinie (O) asymmetrisch ist.

5. Piezoelektrischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Platte (2) und jedes piezoelektrische Plättchen (1, V) polygonal in ihrer Form sind.

6. Piezoelektrischer Wandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ecken der polygonal geformten metallischen Platte (2) und des piezoelektrischen Plättchens (1) oder der piezoelektrischen Plättchen (1, V) gerundet sind.

7. Piezoelektrischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Platte (2) in ihrer Form polygonal ist und gerundete Ecken hat, während jedes piezoelektrische Plättchen (1, 1') scheibenförmig, insbesondere kreisscheibenförmig, ist.

8. Piezoelektrischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Platte (2) in ihrer Form halbkreisförmig ist und daß jedes piezoelektrische Plättchen (1, Γ) in seiner Form halbkreisförmig ist.

9. Piezoelektrischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, insbesondere nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Platte (2) wenigstens einen Vorsprung (2', 2", 2"') aufweist, der sich von ihrem zweiten Ende weg erstreckt.

10. Piezoelektrischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei piezoelektrische Plättchen (1, V) vorgesehen sind, die jeweils mit entgegengesetzten Seiten der metallischen Platte (2) verbunden sind bzw. von denen je eines mit je einer der beiden entgegengesetzten Sei

ten der metallischen Platte (2) verbunden ist.