DE3825973C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektroakustischen Einheitswandler gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.

In Kommunikationsendgeräten wie Fernsprechern werden drei elektroakustische Wandler benötigt, nämlich ein Mikrofon, ein Hörer und eine Signalisierungseinrichtung, der Tonruf. Diese Wandler arbeiten bei Verwendung des piezoelektrischen Prinzips alle nach demselben Schema. Beim Mikrofon wird die mit einer piezoelektrischen Schicht versehene Wandlerplatte mit Schall beaufschlagt, der dann in elektrische Größen umgewandelt wird. Beim Hörer und beim Tonruf ist es umgekehrt. Der Tonruf unterscheidet sich jedoch grundsätzlich vom Hörer dadurch, daß er bestimmte Frequenzen besonders laut abstrahlt. Dabei wird die natürliche Resonanz der Membran und eine Resonanz der akustischen Räume bevorzugt. Beim Hörer und beim Mikrofon wird dagegen die Membranresonanz bedämpft, um einem ausgeglichenen Frequenzgang zu erhalten.

Derartige Wandler sind z. B. durch die DE-32 32 177 A1 bekannt.

Durch die EP-00 72 289 ist es bekannt, daß ein Resonator durch ein auf einer Seite der Wandlerplatte angeordnetes Volumen gebildet ist, das mit Schalldurchlaßöffnungen an den Außenraum angekoppelt ist, wobei ein weiterer Resonator durch ein auf der anderen Seite der Wandlerplatte angeordnetes Volumen gebildet ist, das mit dem zuletzt genannten Resonator akustisch über einen Schallkanal in Verbindung steht, wobei dieser weitere Resonator über wenigstens eine Ankopplungsöffnung mit einem letzten Resonator in Verbindung steht.

Um die Lager- und Fertigungskosten zu senken, ist es wünschenswert, für Mikrofon, Hörer und Tonruf denselben elektroakustischen Wandlertyp zu verwenden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Einheitswandler vorzustellen, der unter Anwendung des piezoelektrischen Prinzips für Mikrofon, Hörer und Tonruf Verwendung finden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst.

Die akustische Ankopplung verschiedener Volumina miteinander ermöglicht es, bei verschlossenem Hals einen Einheitswandler für Mikrofon und Hörer zu bilden, der nach Entfernen des Verschlusses z. B. Herausbrechen der Abdeckung auf einfache Weise in einen Wandler für einen Tonruf verwandelt werden kann.

Eine akustische Ankopplung zwischen den Volumina zu beiden Seiten der Wandlerplatte kann zweckmäßigerweise eine in der Wandlerplatte vorgesehene Düse übernehmen. Diese Düse weist eine derartige Dimension auf, daß sie zwischen der bei Hörern und der bei Mikrofonen üblichen Größe liegt.

Weiterhin ist es möglich, anstelle der Düse zur akustischen Verbindung zwischen dem zuerstgenannten Resonator und dem weiteren Resonator einen um die Lagerung der Wandlerplatte herumgeführten Schallkanal vorzusehen.

Zur exakten Abstimmung des Schwingungsverhaltens ist es weiterhin zweckmäßig, die Wandlerplatte wahlweise weich oder hart zu lagern, was durch Versuche bestimmt werden kann.

Im folgenden sei die Erfindung anhand von fünf Figuren näher erläutert, die Prinzipdarstellungen von Wandlern zeigen. Es zeigt

Fig. 1 einen Hörer,

Fig. 2 ein Mikrofon,

Fig. 3 einen Einheitswandler als Hörer und Mikrofon,

Fig. 4 einen Tonruf und

Fig. 5 einen Einheitswandler für Hörer, Mikrofon und Tonruf.

Der Hörer in Fig. 1 besteht aus zwei Gehäuseteilen 1, 2. Zwischen diesen Gehäuseteilen ist in Lagerkörpern 3 eine Wandlerplatte 4 eingespannt, auf der eine piezoelektrische Schicht 5 aufgebracht ist. Mit einem Pfeil A ist die schallabgebende Seite des Wandlers angedeutet, wobei das Gehäuseteil 1 Schalldurchlaßöffnungen 6 aufweist. Zwischen den Schalldurchlaßöffnungen 6 und der Wandlerplatte 4 be­ findet sich ein Vorvolumen, durch das ein Resonator R 1 ge­ bildet wird.

Ein weiterer Resonator R 2 wird durch das Volumen hinter der Wandlerplatte gebildet. Die Resonatoren R 1 und R 2 stehen über eine in der Wandlerplatte angeordnete große Düse 7 akustisch miteinander in Verbindung. An den Reso­ nator R 2 schließt sich ein weiterer Resonator R 3 an, der über eine Ankopplungsöffnung 8 mit dem Resonator R 2 in Verbindung steht. Schließlich ist das Koppelvolumen 9 zu erwähnen, das das Ohr des Benutzers nachbilden soll.

Das in Fig. 2 dargestellte Mikrofon weist im Prinzip die­ selben Teile auf wie der Hörer in Fig. 1. Es ist das zwei­ teilige Gehäuse 10, 11 erkennbar, zwischen welchem die Wandlerplatte 12 gelagert ist. Die Wandlerplatte 12 ist wiederum mit einer piezoelektrischen Schicht 13 versehen. Das Gehäuseteil weist Schalldurchlaßöffnungen 14 auf. Der Schallweg ist mit Pfeil B angedeutet. Ähnlich wie beim Hörer ist der Resonator R 5 vor der Wandlerplatte mit dem Resonator R 6 hinter der Wandlerplatte über eine allerdings im Vergleich mit dem Hörer nach Fig. 1 kleineren Düse 15 akustisch verbunden. Weiterhin ist ein weiterer Resonator R 7 mit dem Resonator R 6 über eine Ankopplungsöffnung 16 verbunden. Der Resonator R 6 bildet zusammen mit der An­ kopplungsöffnung 16 einen stark bedämpften Helmholtzreso­ nator.

Fig. 3 zeigt nun einen einheitlichen Wandler für Hörer und Mikrofon. Die Pfeile C, D sollen andeuten, daß dieser Wandler aus den Wandlern nach Fig. 1 und Fig. 2 hervorgeht. Die Düse 18 ist so dimensioniert, daß sie eine mittlere Größe zwischen der Düse 7 und 15 des Hörers und des Mikro­ fons bildet. Der Resonator R 8 bildet zusammen mit der An­ kopplungsöffnung 17, die mit dem Resonator R 9 in Verbin­ dung steht, einen Helmholtzresonator, der die Resonanz­ frequenz der Wandlerplatte 19, die hier bei ca. 1800 Hz liegt, bedämpft. Die Wandlerplatte hat hier die gleiche Geometrie und auch die gleiche Resonanzfrequenz (Hörer- Mikrofon), jedoch arbeitet sie beim Hörer, wie in Fig. 1 angedeutet, in ein Koppelvolumen 9, das sich der Wandler­ platte mit der Steife der eingeschlossenen Luft entgegen­ setzt. Dadurch wird die Resonanzfrequenz der Wandlerplatte bei der Anwendung als Hörer höher liegen als beim Mikro­ fon. Da der Helmholtzresonator jedoch relativ breitbandig ausgelegt werden soll, wird eine leichte Verstimmung nur zu etwas höherer Welligkeit im Frequenzgang führen.

Der in Fig. 4 dargestellte Tonruf unterscheidet sich grund­ sätzlich vom Hörer und Mikrofon dadurch, daß er bestimmte Frequenzen besonders laut abstrahlt. Dabei wird die natür­ liche Resonanz der Wandlerplatte und eine akustische Reso­ nanz der akustischen Räume bevorzugt. Er besteht aus einer piezokeramischen Schicht 20, die auf einer Wandlerplatte 21 angeordnet ist. Die Wandlerplatte 21 ist am Randbereich zwischen Gehäuseteilen 22, 23 eingespannt gehalten. Das Gehäuseteil 23 bildet mit der Wandlerplatte ein Volumen R 10 und hat in der Mitte eine Öffnung 24 - den Hals. Das Volumen R 10 und die Öffnung 24 bilden einen Helmholtzreso­ nator. Die Wandlerplatte hat eine Resonanzfrequenz von ca. 1,8 kHz. Die Resonanzfrequenz des Helmholtzresonators ist so gelegt, daß sie um einige hundert Hertz neben der Reso­ nanzfrequenz der Wandlerplatte liegt.

Wie die Pfeile E und F andeuten, geht der in Fig. 5 ge­ zeigte Einheitswandler aus Fig. 3 und Fig. 4 hervor. Es sind wiederum Gehäuseteile 25, 26 erkennbar, zwischen denen die Wandlerplatte 27 in Lagerkörpern 28, 29 gehalten wird. Das Gehäuseteil 25 weist Schalldurchlaßöffnungen 35 auf. Die Wandlerplatte 27 trägt eine piezokeramische Schicht 28, die mit dieser mechanisch fest verbunden ist. Ein Reso­ nator R 11 steht mit einem Resonator R 12 über eine Düse 30 miteinander in Verbindung. Über eine oder mehrere Ankopp­ lungsöffnungen 31, 32 ist der Resonator R 12 mit einem Resonator R 13 verbunden. Der Hals 34 des Resonators R 12 ist durch eine Abdeckung 33 verschlossen, so daß die An­ kopplungsöffnungen 31, 32 zusammen mit dem Resonator R 12 einen Helmholtzresonator bilden. Diese Anordnung ist als Hörer oder Mikrofon verwendbar. Soll nun diese Anordnung als Tonruf Verwendung finden, so wird die Abdeckung 33 entfernt. Es entsteht ein wenig bedämpfter Resonator. Die Ankopplungsöffnungen 31, 32 sind dann wirkungslos.

Claims (4)

1. Elektroakustischer Einheitswandler für Kommunikationsendgeräte zur wahlweisen Verwendung als Mikrofon, Hörer oder Tonruf, mit einer im Randbereich einer mit einer piezoelektrischen Schicht versehenen zwischen Lagerkörpern eingespannten Wandlerplatte, die in einem zweiteiligen, Schalldurchlaßöffnungen sowie vor und hinter der Wandlerplatte Resonatoren aufweisenden Gehäuse angeordnet ist, wobei ein Resonator durch ein auf einer Seite der Wandlerplatte angeordnetes Volumen gebildet ist, das mit Schalldurchlaßöffnungen an das Außenvolumen angekoppelt ist, und ein weiterer Resonator durch ein auf der anderen Seite der Wandlerplatte angeordnetes Volumen gebildet ist, das mit dem zuerst genannten Resonator akustisch in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß zur akustischen Verbindung zwischen dem zuerst genannten Resonator (R 11) und dem weiteren Resonator (R 12) ein Schallkanal (30) vorgesehen ist, der eine zwischen den üblichen Werten bei Hörern bzw. Mikrofonen liegende mittlere Größe aufweist, daß der weitere Resonator (R 12) einen Hals (34) aufweist der durch eine Abdeckung (33) verschlossen ist, daß dieser weitere Resonator (R 12) außerdem mit einem über Ankopplungsöffnungen (31, 32) in Verbindung stehenden letzten Resonator (R 13) in Verbindung steht, daß diese Anordnung einen Wandler zur Verwendung als Mikrofon oder Hörer bildet, und daß die Abdeckung (33) des Halses (34) bei Verwendung des Wandlers als Tonruf entfernbar ist.

2. Elektroakustischer Einheitswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schallkanal eine Düse (30) in der Wandlerplatte (27) vorgesehen ist.

3. Elektroakustischer Einheitswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur akustischen Verbindung zwischen dem zuerst genannten Resonator (R 11) und dem weiteren Resonator (R 12) ein um die Lagerung der Wandlerplatte herumgeführter Schallkanal vorgesehen ist.

4. Elektroakustischer Einheitswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlerplatte (27) wahlweise weich oder hart (Lagerkörper 28, 29) gelagert ist.