DE3620557A1

DE3620557A1 - Elektroakustischer wandler

Info

Publication number: DE3620557A1
Application number: DE19863620557
Authority: DE
Inventors: Reinhardt Fischer
Original assignee: Reinhardt Fischer
Current assignee: FISCHER, REINHARDT, 8359 ORTENBURG, DE
Priority date: 1986-06-19
Filing date: 1986-06-19
Publication date: 1987-12-23
Also published as: DE3620557C2

Description

Die Erfindung betrifft einen elektroakustischen Wandler gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es sind piezoelektrische Konuslautsprecher bekannt, die vom sogenannten piezoelektrischen Effekt Gebrauch machen und aus einem Piezoelement und einer damit gekoppelten, die Luft in Schwingungen versetzende Membran besteht. Durch die infolge der begrenzten Ausgangsleistung des Piezoelements relativ kleine, konusförmige Membran kann jedoch nur der Hochtonbereich ab circa 3 kHz abgestrahlt werden. Außerdem ergibt sich durch die kleine, konusförmige Membran ein schlechter Wirkungsgrad, da die kleine Membran dieses piezoelektrischen Konuslautsprechers eine schlechte Anpassung an die Luft zeigt.

Eine bessere Anpassung an die Luft kann zwar mit Hilfe eines Druckkammerhorns erzielt werden, jedoch verursachen diese wiederum relativ hohe Verzerrungen, eine unerwünschte Schallbündelung und einen unausgeglichenen Frequenzgang.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den elektroakustischen Wandler der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß ein räumliches Klangbild sowie eine gute Anpassung an die Umgebungsluft bei geringen Verzerrungen und ausgeglichenem Frequenzgang erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem elektroakustischen Wandler mit einem Piezoelement und einer damit verbundenen Membran dadurch erfindungsgemäß gelöst, daß das Piezoelement auf einem Übertrager angeordnet ist, daß das eine Ende des Übertragers mit einem Träger in Verbindung steht und daß das andere Ende des Übertragers mit dem Randbereich der Membran derart in Verbindung steht, daß sich die Fläche des Piezoelements in der Membranfläche fortsetzt, so daß in der Membran Biegeschwingungen erregt werden.

Mit Hilfe der Erfindung wird somit ein piezoelektrischer Biegewellenwandler vorgesehen, der je nach Verwendungszweck auch großflächig gefertigt werden kann, wodurch sich eine gute Anpassung an die Luft und ein breiter Frequenzbereich von circa 1 bis 40 kHz ergibt. Diese Biegewellenwandler weisen einen sehr niedrigen Klirrfaktor auf. Intermodulationsverzerrungen und Frequenzmodulationsverzerrungen sind nicht hörbar. Durch eine zylinderförmige oder kugelförmige Ausbildung der Membran kann eine volle Ausleuchtung des Raumes erzielt werden, da sich keine Bündelung des Schalls im Hochtonbereich ergibt, was ein räumliches Klangbild zur Folge hat. Durch die unproblematische Anpassung an ein Baßsystem ohne passiver Frequenzweiche und bei Verwendung dünner Membranfolien ergibt sich ein sehr schneller Wandler, d. h. ein sehr gutes Impulsverhalten.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 11.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem die Membran zylinderförmig ausgebildet ist;

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 ein Detail der Fig. 2 im vergrößerten Maßstab;

Fig. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem die Membran aus zwei halbzylindrischen Flächen besteht und

Fig. 5 ein weiteres Ausführungbeispiel, bei dem zwei halbkugelige Flächen zu einer kugelförmigen Membranfläche ergänzt sind.

Fig. 1 stellt ein erstes Ausführungsbeispiel dar, bei dem die Membran 1 im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist. Im Inneren der Membran 1 ist eine Gegenwand 2 vorgesehen, die einen Abstand zur Membran aufweist, so daß die Schwingungen der Membran nicht beeinträchtigt werden und die einer unbeabsichtigten, übermäßigen Verbiegung der Membran durch äußere Kräfte entgegenwirkt. Diese Gegenwand 2 stellt bei diesem ersten Ausführungsbeispiel ein Rohr dar. An der Außenseite des Rohres ist ein in Längsrichtung verlaufender Träger 3 in Form eines Ansatzes ausgebildet.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist die Gegenwand 2 von der Membran 1 unter Einhaltung eines bestimmten Abstandes umgeben, wobei im Bereich des längs verlaufenden Trägers 3 zwischen den beiden Enden der Membran und dem Träger 3 ein Spalt 4 verbleibt. Dieser Spalt 4 wird mit Hilfe von Piezoelementen 5 überbrückt, die auf einem Übertrager 6 angebracht sind. Die Membran 1 ist somit frei an den einen Enden der Piezoelemente 5 bzw. der Übertrager 6 aufgehängt. Die Fläche des Piezoelements 5 bzw. des Übertragers 6 schließt dabei im wesentlichen tangential an die Membranfläche an; d. h. die Fläche des Piezoelements 5 setzt die Membranfläche fort, wodurch die Schwingungen des Piezoelements 5 als Biegewellen auf die Membran übertragen werden. Die die Spalte überbrückenden, im Abstand angeordneten Piezoelemente 5 sind über Leitungen 7 miteinander verbunden, und zwar entweder in Reihe oder parallel.

Fig. 3 zeigt im Detail die Ankopplung der Membran 1 an das Piezoelement 5 und dessen Ankopplung an den Träger 3. Das Piezoelement 5 kommt dabei über dem zwischen der Membran 1 und dem Träger 3 ausgebildeten Spalt 4 zu liegen. Die zu beiden Seiten über das Piezoelement 5 hinausragenden Abschnitte des Übertragers 6 dienen dabei der Befestigung am Träger 3 bzw. der Membran 1. In vorteilhafter Weise wird die Unterlage ellipsenförmig ausgebildet, um die Schwingungsenergie des Piezoelements 5 auf die Enden, die der Verbindung mit dem Träger bzw. der Membran dienen, zu konzentrieren. Um ein gutes Impulsverhalten des Wandlers zu erzielen, weist die Membran eine Materialdicke von etwa 0,05 bis 0,20 mm auf. Vorteilhafterweise besteht die Membran aus einer Alulegierung oder einer harten Kunststoffolie.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Membran 1 aus zwei Zylindersegmenten besteht. Jede Längsseite des Zylindersegments steht über mehrere im gleichen Abstand in Längsrichtung angeordnete Piezoelemente 5 mit einem Träger 3 in Verbindung; d. h. es sind insgesamt zwei Träger vorgesehen, die im Winkelabstand von 180° voneinander versetzt sind. Es ist jedoch auch zur Steigerung der Ausgangsleistung des Wandlers möglich, nicht nur zwei, sondern mehrere Zylindersegmente und eine dementsprechende größere Anzahl an Piezoelementen vorzusehen. Ferner können auf jedem Übertrager 6 zwei Piezoelemente angeordnet werden, eines auf der Vorderseite und eines auf der Rückseite. Die beiden Piezoelemente 5 werden dabei gegenphasig angesteuert.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 5 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den vorhergehenden Ausführungsbeispielen dadurch, daß die Membran 1′ halbkugelförmig und der Träger als eine Scheibe oder Ring ausgebildet ist. Auf der Grundfläche der Scheibe ist eine Gegenwand 2′ in Form einer Halbkugel derart befestigt, daß ein Teil der Scheibe als Rand über die Schnittfläche der darauf befestigten Halbkugel hinaussteht. Die halbkugelförmige Membran 1′ umgibt die halbkugelförmige Gegenwand 2′ mit vorbestimmtem Abstand, wobei der Außendurchmesser der Scheibe im wesentlichen dem Außendurchmesser der halbkugelförmigen Membran 1′ entspricht und wobei zwischen dem Außenrand der Scheibe und der Schnittkante der halbkugelförmigen Membran, wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen, ein umlaufender Spalt 4′ verbleibt, so daß die Wandler frei an den längs des Umfangs der Scheibe befestigten Piezoelementen 5′ bzw. Übertragern 6′ angekoppelt ist. Die Piezoelemente 5′ leiten, ebenso wie bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen, Biegeschwingungen in die halbkugelförmige Membran 1′ ein.

Auf der Rückseite der Scheibe kann ebenso ein halbkugelförmiger Aufbau vorgesehen werden, so daß die Membranfläche 1′ insgesamt die Form einer Kugel annimmt.

Da an einem Träger in der Regel zwei Membranseiten angekoppelt werden, wechselt die Zugehörigkeit der einzelnen, im Abstand längs des Trägers angeordneten Piezoelemente zu den Membranseiten nach jedem Piezoelement ab, so daß sich z. B. die aus den Figuren ersichtliche, versetzte Anordnung der Piezoelemente ergibt.

Claims

1. Elektroakustischer Wandler mit einem Piezoelement und einer mit dem Piezoelement verbundenen Membran dadurch gekennzeichnet,

- daß das Piezoelement (5) auf einem Übertrager (6) angeordnet ist,
- daß das eine Ende des Übertragers (6) mit einem Träger (3) in Verbindung steht und
- daß das andere Ende des Übertragers (6) mit dem Randbereich der Membran (1) derart in Verbindung steht, daß sich die Fläche des Piezoelements (5) in der Membranfläche fortsetzt, so daß in der Membran Biegeschwingungen erregt werden.

2. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Randbereich der Membran (1) über mehrere im Abstand angeordnete Übertrager (6), die die Piezoelemente (5) tragen, an den Träger (3) angekoppelt ist.

3. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (1) eine Materialdicke von circa 0,05 bis 0,20 mm aufweist.

4. Elektroakustischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (1) aus einer Alulegierung besteht.

5. Elektroakustischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran aus einer harten Kunststoffolie besteht.

6. Elektroakustischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (1) zylindrisch ausgebildet ist und daß der Träger (3) einen Ansatz darstellt, der an einer im Inneren der Membran (1) vorgesehenen, rohrförmigen Gegenwand (2) befestigt ist.

7. Elektroakustischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (1) aus Zylindersegmenten besteht und daß die Zylindersegmente über die Übertrager (6) bzw. Piezoelemente (5) mit den Trägern (3) in Verbindung stehen, die jeweils einen Ansatz an einer im Inneren der Membran vorgesehenen, rohrförmigen Gegenwand (2) bilden.

8. Elektroakustischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (1′) halbkugelförmig und der Träger (3′) scheiben- oder ringförmig ausgebildet ist.

9. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (3′) mit zwei halbkugelförmigen Membranen (1′) gekoppelt ist.

10. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertrager (6) zur Konzentrierung der von dem Piezoelement (5) herrührenden Schwingungen auf die Enden des Übertragers oval bzw. elliptisch ausgebildet ist.

11. Elektroakustischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Seiten des Übertragers (6) ein Piezoelement (5) angeordnet ist.