DE3620557C2 - - Google Patents

Description

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

Ein derartiger elektroakustischer Wandler ist aus der US-PS 37 21 840 bekannt. Bei diesem Wandler ist ein Piezo­ element in Form einer Kreisscheibe auf einem Übertrager aufgebracht, wobei der gesamte Randbereich des Übertragers mit einem Randbereich einer Kreismembran in Verbindung steht, der durch eine im Zentrum der Kreismembran vorgesehene Öff­ nung ausgebildet wird. Die äußere Kante der Membran ist an einem Gehäuse oder dergleichen befestigt. Aufgrund der Aufhängung des Piezoelements werden die Schwingungen jedoch gehemmt, so daß die für tiefere Töne erforderlichen Amplituden nicht erzeugt werden können. Außerdem ergeben sich durch die Art der Aufhängung der Membran Resonanzüberhöhungen, die eine Verwendung des elektroakustischen Wandlers im Hi-Fi-Bereich nicht zulassen.

Aus der US-PS 40 79 213 ist ferner ein elektroakustischer Wandler bekannt, bei dem das Piezomodul in der Mitte an einem Träger festgelegt ist. Ansonsten entspricht der Aufbau dem vorstehend erwähnten Wandler, und es treten die gleichen Probleme auf.

Aus der DE-OS 31 38 566 ist es ferner bekannt, eine Membran mit mehreren Piezoelementen gleichzeitig anzuregen. Die Piezoelemente stellen hier parallel übereinander mit Abstand angeordnete Kreisscheiben dar, deren Außenumfänge mit einer kugelartigen Membran in Verbindung stehen. Durch diese Kopplung der Piezoelemente mit der Membran kommt jedoch nur die jeweils zwischen zwei Piezoelementen liegende Membran­ fläche zur Wirkung, so daß nur der Hochtonbereich abgestrahlt wird.

Aus "radio mentor electronic", Jg. 40, 1974, Nr. 8, S. 118 ist ein Lautsprecher mit einer zylindrischen Membran bekannt, die selbst piezoelektrische Eigenschaften aufweist. Diese Piezomembran steht über einen Polyurethanschaum mit einem koaxialen Träger in Form eines gelochten Metallzylinders in Verbindung. Der Polyurethanschaum dient dabei der Unter­ drückung bzw. Dämpfung von Resonanzfrequenzen, wodurch jedoch der Wirkungsgrad des Lautsprechers verringert wird. Mit diesem Lautsprecher kann außerdem nur der Hochtonbe­ reich abgestrahlt werden.

Aus der US-PS 45 46 459 ist es bekannt, die Membran eines elektroakustischen Wandlers in Zylindersegmente aufgeteilt in Teilabschnitten anzuregen. Durch eine spezielle An­ steuerung dieser Teilabschnitte der Membran läßt sich eine spezielle Richtwirkung erzielen. Dieser elektroakustische Wandler dient jedoch als Unterwasserschallempfänger und eignet sich nicht für den Hi-Fi-Bereich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den elektro­ akustischen Wandler der eingangs genannten Art so weiter­ zubilden, daß der im Hi-Fi-Bereich wichtige Mittelton- Bereich von einer einzigen Membran mit ausgeglichenem Frequenzgang bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad abge­ strahlt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Dadurch, daß der Übertrager an zwei bezüglich des Piezo­ elements sich gegenüberliegenden Enden mit der Membran einerseits und einem Träger andererseits verbunden ist, nutzt man die volle Schwingungsfähigkeit der gesamten Piezomodulfläche, wodurch größere Auslenkungen und somit tiefere Töne erzielt werden können. Die für die Piezomodule typischen Resonanzüberhöhungen bei 3 und 5 kHz werden nicht an die Membran übertragen, da die Piezokeramik nur über zwei Stellen mit der Membran bzw. dem Träger in Verbindung steht. Somit kann auf eine Dämpfung zur Vermeidung dieser Resonanz­ spitzen, z. B. in Form von Weichstoffmaterialien, verzichtet werden, so daß die Vorteile des Piezomoduls, nämlich schnelles Ansprech- und Schwingverhalten, erhalten bleiben. Der Frequenzgang wird so bei gleichzeitig hohem Schall­ druck linearisiert.

Ein weiterer Vorteil der Aufhängung besteht darin, daß beliebig viele Piezomodule an der Membran angeordnet werden können, um einen tiefen Frequenzgang zu erreichen und den Schalldruck zu erhöhen, ohne daß diese sich gegenseitig beeinflussen. Die Piezomodule schwingen in einer Richtung, die parallel zur Membranfläche liegt und die entsprechend groß gestaltet werden kann, um tiefe Frequenzen zu erzielen.

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

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 Ausführungsbeispiel, bei dem zwei halbkugelige Flächen zu einer kugel­ förmigen 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 unbe­ absichtigten, 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 um­ geben, 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 Piezo­ elementen 5 überbrückt, die auf einem Übertrager 6 ange­ bracht 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 Biege­ wellen 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 Ab­ schnitte des Übertragers 6 dienen dabei der Befestigung am Träger 3 bzw. der Membran 1. In vorteilhafter Weise wird die Unterlage ellipsenförmig ausgebildet, um die Schwingungs­ energie des Piezoelements 5 auf die Enden, die der Verbin­ dung mit dem Träger bzw. der Membran dienen, zu konzentrie­ ren. 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 Längs­ seite 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° von­ einander 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 vorher­ gehenden 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 halbkugel­ förmige Membran 1′ umgibt die halbkugelförmige Gegenwand 2′ mit vorbestimmtem Abstand, wobei der Außendurchmesser der Scheibe im wesentlichen dem Außendurchmesser der halb­ kugelförmigen Membran 1′ entspricht und wobei zwischen dem Außenrand der Scheibe und der Schnittkante der halbkugel­ förmigen 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 halbkugelför­ miger Aufbau vorgesehen werden, so daß die Membranfläche 1′ insgesamt die Form einer Kugel annimmt.

Da an einem Träger in der Regel zwei Membranseiten ange­ koppelt 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 (8)

1. Elektroakustischer Wandler mit einem auf einem Übertrager (6) angeordneten Piezoelement (5) und einer Membran, wobei der Übertrager (6) mit über das Piezoelement hinausragenden Bereichen mit dem Randbereich der Membran (1) derart in Verbindung steht, daß sich die Fläche des Piezoelements (5) zur Ausbildung von Biegeschwingungen in der Membran fortsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertrager (6) an zwei bezüglich des Piezoelementes sich gegenüberliegenden Enden mit der Membran (1) einerseits und einem Träger (3) andererseits verbunden ist.

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

3. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 1 oder 2, 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.

4. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (1) aus Zylindersegmenten besteht und daß die Zylinder­ segmente über die Übertrager (6) mit Trägern (3) in Verbindung stehen, die jeweils einen Ansatz an einer im Inneren der Membran vorgesehenen, rohrförmigen Gegenstand (2) bilden.

5. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (1′) halbkugelförmig und der Träger (3′) scheiben- oder ringförmig ausgebildet ist.

6. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (3′) mit zwei halbkugelförmigen Membranen (1′) gekoppelt ist.

7. Elektroakustischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Über­ trager (6) zur Konzentrierung der von dem Piezoelement (5) herrührenden Schwingungen auf die Enden des Über­ tragers oval bzw. elliptisch ausgebildet ist.

8. Elektroakustischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Seiten des Übertragers (6) ein Piezoelement (5) angeord­ net ist.