DE4419933A1 - Piezoelectric polymer film acoustic generator for active cancellation - Google Patents

Piezoelectric polymer film acoustic generator for active cancellation

Info

Publication number
DE4419933A1
DE4419933A1 DE4419933A DE4419933A DE4419933A1 DE 4419933 A1 DE4419933 A1 DE 4419933A1 DE 4419933 A DE4419933 A DE 4419933A DE 4419933 A DE4419933 A DE 4419933A DE 4419933 A1 DE4419933 A1 DE 4419933A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sound
piezoelectric polymer
piezoelectric
polymer film
active
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE4419933A
Other languages
German (de)
Inventor
Gerhard Dr Lindner
Armin Mueller
Hubert Prof Dr Roth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE4419933A priority Critical patent/DE4419933A1/en
Publication of DE4419933A1 publication Critical patent/DE4419933A1/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0688Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction with foil-type piezoelectric elements, e.g. PVDF
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase
    • G10K11/1785Methods, e.g. algorithms; Devices
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase
    • G10K11/1787General system configurations
    • G10K11/17875General system configurations using an error signal without a reference signal, e.g. pure feedback
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H04R17/005Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers using a piezoelectric polymer
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/10Applications
    • G10K2210/102Two dimensional
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/10Applications
    • G10K2210/106Boxes, i.e. active box covering a noise source; Enclosures
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/30Means
    • G10K2210/321Physical
    • G10K2210/3212Actuator details, e.g. composition or microstructure
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/30Means
    • G10K2210/321Physical
    • G10K2210/3217Collocated sensor and cancelling actuator, e.g. "virtual earth" designs
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/30Means
    • G10K2210/321Physical
    • G10K2210/3223Materials, e.g. special compositions or gases
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/30Means
    • G10K2210/321Physical
    • G10K2210/3227Resonators
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/30Means
    • G10K2210/321Physical
    • G10K2210/3229Transducers
    • G10K2210/32291Plates or thin films, e.g. PVDF
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H04R17/04Gramophone pick-ups using a stylus; Recorders using a stylus
    • H04R17/08Gramophone pick-ups using a stylus; Recorders using a stylus signals being recorded or played back by vibration of a stylus in two orthogonal directions simultaneously

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)
  • Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)

Abstract

A circular plastic diaphragm (1) has PVDF films (10) bonded adhesively (9) to both sides and is stretched over a tyre-shaped circular body (3) with a tensioning ring (6), hooks (2) and nuts (4) whose adjustment determines the tension in the diaphragm. Each film has electrical contacts made on both sides by vapour-deposited Al (7). A Cu contact layer (12) is applied to two clamps (11) between which the piezoelectric or electrostrictive composite film (8) is gripped and wired to a signal generator or pick-up socket (13).

Description

Titeltitle

Vorrichtung und Verfahren zur Schallerzeugung, zum Schallnachweis und zur aktiven Schalldämpfung.Device and method for sound generation, sound detection and active noise reduction.

Stand der TechnikState of the art

Schall, d. h. Dichteschwankungen in einem Medium, verursacht mechanische Schwingungen in festen Körpern, die eine gemeinsame Grenzfläche mit diesem Medium besitzen. Umgekehrt strahlt ein mechanisch schwingender fester Körper Schall in das umgebende Medium ab. Die mechanischen Schwingungen des festen Körpers können einerseits elektrostriktiv erregt und andererseits piezoelektrisch detektiert werden, z. B. unter Verwendung von Aktuator- bzw. Sensor-Elementen bestehend aus anorganischen, kristallinen oder polykristallinen Festkörpern mit elektrostriktiven bzw. piezoelektrischen Eigenschaften wie z. B. gesinterte und polarisierte Bleizirkontitanat-Polykristalle (piezokeramische Aktuatoren bzw. Sensoren).Sound, d. H. Density fluctuations in a medium cause mechanical Vibrations in solid bodies that share a common interface own this medium. Conversely, a mechanically vibrating one solid body emits sound into the surrounding medium. The mechanical Vibrations of the solid body can be excited and electrostrictive on the one hand on the other hand, can be detected piezoelectrically, e.g. B. using Actuator or sensor elements consisting of inorganic, crystalline or polycrystalline solids with electrostrictive or piezoelectric Properties such as B. sintered and polarized lead zirconium titanate polycrystals (piezoceramic actuators or sensors).

Nach diesem Prinzip kann demnach sowohl eine Erzeugung (Bhattacharya & Crocker: Forced vibration of a panel and radiation of sound into a room, Acustica 22, pp. 275-294, 1969/1970) als auch ein Nachweis von Schall (Fricke, Moser, Scheurer & Schubert: Schall und Schallschutz, Physik-Verlag, Weinheim, 1983, 312 S.) stattfinden. Unter Verwendung eines geeigneten Regelungssystems kann die Wirkung eines an einem schwingfähigen Körper angebrachten Aktuators so gesteuert werden, daß die Schwingungsauslenkung dieses Körpers trotz Schalleinwirkung aus dem umgebenden Medium gedämpft wird, indem das Signal des am gleichen Körper angebrachten Auslenkungssensors als Meßgröße für die Regelung verwendet wird. Auf diese Weise können Vorrichtungen zur aktiven Schalldämpfung realisiert werden (Fuller, Hanser & Snyder: Active control of structurally radiated noise using piezoceramic actuators, Proc. Inter-noise 89, Newport Beach, Ca., Dec. 4-6, 1989, pp. 483-488).According to this principle, both a generation (Bhattacharya & Crocker: Forced vibration of a panel and radiation of sound into a room, Acustica 22, pp. 275-294, 1969/1970) as well as proof of sound (Fricke, Moser, Scheurer & Schubert: Schall und Schallschutz, Physik-Verlag, Weinheim, 1983, 312 p.). Using an appropriate Control system can have the effect of an on a vibrating body attached actuator can be controlled so that the vibration deflection this body despite the sound of the surrounding medium is dampened by the signal of the attached to the same body Deflection sensor is used as a measured variable for the control. To this In this way, devices for active sound attenuation can be implemented  (Fuller, Hanser & Snyder: Active control of structurally radiated noise using Piezoceramic actuators, proc. Inter-noise 89, Newport Beach, Ca., Dec. 4-6, 1989, pp. 483-488).

Anstelle von piezokeramischen Aktuatoren und Sensoren wurden auch piezoelektrische Polymerfolien, z. B. PVDF (Polyvinylidendifluorid)-Folien verwendet. Durch ihre Formgebung können sie großflächig auf eine mechanische steife Trägerstruktur, z. B. eine Platte, aufgebracht und mit dieser kraftschlüssig verbunden werden. Die Trägerstruktur kann dann zu ihren charakteristischen Eigenschwingungen angeregt werden bzw. diese Eigenschwingungen können aktiv gedämpft werden (Bailey & Hubbard: Distributed Piezoelectric-Polymer Active Vibration Control of a Cantilever Beam, Journal Guidance and Control, Vol. 8, No. 5, pp. 605-611,1985).Instead of piezoceramic actuators and sensors, too piezoelectric polymer films, e.g. B. PVDF (polyvinylidene difluoride) films used. Due to their shape, they can cover a large area mechanical rigid support structure, e.g. B. a plate, applied and with this be frictionally connected. The support structure can then be yours characteristic natural vibrations are excited or these Natural vibrations can be actively damped (Bailey & Hubbard: Distributed Piezoelectric-Polymer Active Vibration Control of a Cantilever Beam, Journal Guidance and Control, Vol. 8, No. 5, pp. 605-611, 1985).

Problemproblem

Die nach dem bisherigen Stand der Technik zur Schallerzeugung, Schalldetektion und aktiven Schalldämpfung einer mechanischen Struktur verwendeten Aktuatoren und Sensoren aus anorganischen kristallinen oder polykristallinen Festkörpern (piezokeramische Aktuatoren und Sensoren) sind in ihrer Ausdehnung begrenzt und können damit nur in einem entsprechend eingeschränkten Gebiet Kräfte auf den schwingfähigen Körper übertragen bzw. dort dessen Auslenkungen erfassen. Damit sind nicht an beliebig vielen Stellen des schwingfähigen Körpers direkt Kräfte aufbringbar bzw. die Auslenkungen dieses Körpers gleichzeitig erfaßbar. Diese lokale Positionierung der Aktuatoren bzw. Sensoren hat Einschränkungen im Frequenzspektrum der erregbaren bzw. nachweisbaren Schwingungen zur Folge und stellt eine Beschränkung für die Auslegung und die Optimierung des Wirkungsgrads eines Schalldämpfungssystems dar. Außerdem können diese Aktuatoren und Sensoren wegen ihrer elastischen Eigenschaften nur in begrenztem Umfang kraftschlüssig mit schwingfähigen Körpern aus anderen Materialien, z. B. Kunststoff-Membranen, gekoppelt werden. Sie benötigen ferner eine raumfeste mechanisch steife Trägerstruktur, die die Reaktionskräfte aufnehmen kann. Mit piezoelektrischen Polymerfolien können diese Beschränkungen überwunden werden, weil sie großflächig auf eine schwingende Struktur aufgebracht und damit Kräfte in örtlich kontinuierlich verteilter Weise in die Oberfläche der Trägerstruktur eingeleitet werden können. Bei einer mechanisch steifen Trägerstruktur wie z. B. einer Platte können allerdings nur die Eigenschwingungen dieser Trägerstruktur angeregt werden, da die piezoelektrischen Polymerfolien selbst keine mechanisch steifen Körper sind. Damit wird das Frequenzspektrum dieser Schwingungen durch die Eigenschwingungen der Trägerstruktur definiert und auch begrenzt.According to the current state of the art for sound generation, Sound detection and active sound attenuation of a mechanical structure used actuators and sensors made of inorganic crystalline or polycrystalline solids (piezoceramic actuators and sensors) limited in their extent and can therefore only in one accordingly restricted area transfer forces to the vibrating body or record its deflections there. So that are not in any number of places of the vibratable body directly apply forces or the deflections of this body can be grasped at the same time. This local positioning of the Actuators or sensors have restrictions in the frequency spectrum of the excitable or demonstrable vibrations and provides a Restriction on the design and optimization of efficiency a sound absorption system. In addition, these actuators and Sensors only to a limited extent due to their elastic properties non-positive with vibrating bodies made of other materials, e.g. B. Plastic membranes to be coupled. You also need a fixed mechanically rigid support structure that can absorb the reaction forces. With Piezoelectric polymer films can overcome these limitations because they are applied to a vibrating structure over a large area and so that forces are distributed in a locally distributed manner into the surface of the Support structure can be initiated. With a mechanically stiff  Support structure such as B. a plate can only Natural vibrations of this support structure are excited because the piezoelectric polymer films themselves are not mechanically rigid bodies. So that the frequency spectrum of these vibrations by the Natural vibrations of the support structure defined and also limited.

Lösung des Problemsthe solution of the problem

Mit piezoelektrischen PVDF-Polymerfolien als Aktuator- und Sensorelemente, die auf der gesamten Grenzfläche zum schalltragenden Medium gleichmäßig kraftschlüssig mit dünnen, großflächigen Membranen aus Materialien mit kleinen Elastizitätsmodulen, z. B. Kunststoff-Folien, die durch Einspannung in einen Rahmen ein schwingfähiges mechanisches System bilden, verkoppelt werden, kann eine neuartige Vorrichtung zur Erzeugung, Detektion und aktiven Dämpfung von Schall hergestellt werden. Indem die Spannkraft dieser Membran variabel eingestellt werden kann, ergibt sich eine Möglichkeit, das Frequenzspektrum der Schwingungen den Erfordernissen der jeweiligen Anwendung anzupassen. Die Spannvorrichtung dient gleichzeitig als Trägerstruktur für die Aufnahme der Reaktionskräfte. Die elektrische Kontaktierung der Aktuator- und Sensor-Folien kann jeweils an einer überstehenden Lasche dieser Folien erfolgen und mechanisch ebenfalls in die Spannvorrichtung integriert werden.With piezoelectric PVDF polymer films as actuator and sensor elements, which are uniform over the entire interface with the sound-carrying medium non-positive with thin, large-area membranes made of materials small modulus of elasticity, e.g. B. plastic films by clamping in form a frame an oscillatable mechanical system, coupled can be a novel device for generation, detection and active Attenuation of sound can be made. By the resilience of this Membrane can be adjusted variably, there is a possibility that Frequency spectrum of the vibrations the requirements of each Adapt application. The tensioning device also serves as Support structure for absorbing the reaction forces. The electrical Contacting of the actuator and sensor foils can be done on one protruding tab of these foils and mechanically also in the Clamping device can be integrated.

Vorteilebenefits

Die Vorteile einer derartigen Vorrichtung bestehen in der großflächigen Struktur, der gleichartigen Formgebung auf der gesamten schwingenden Fläche mit gleichmäßiger und kleiner Massenbelegung der Fläche, der guten akustischen Impedanzanpassung an Luft und dem im Vergleich zu einer mechanisch steifen Trägerstruktur breitbandigen, durch die variable Spannkraft einstellbaren Frequenzspektrum hinsichtlich Anregung und Detektion von Schall. Damit können Probleme, die bei einer Begrenzung der flächenmäßigen Ausdehnung von Aktuator- und Sensor-Elementen hinsichtlich der exakten und auf spezifische Schallfrequenzen abzustimmenden Positionierung der Elemente und der elektrischen Kontaktzuführung entstehen, ausgeschaltet werden. Diese Vorteile ermöglichen die Herstellung von großflächigen Vorrichtungen zur aktiven Schalldämpfung mit kleiner, flächenbezogener Massenbelegung und entsprechend kleiner, auf ihre Oberfläche bezogene Wärmekapazität; dadurch kann ein hoher Wärmedurchgang bei gleichzeitiger Unterdrückung des Schalldurchgangs erreicht werden. Daher kann mit dieser Vorrichtung z. B. eine schallemissionsmindernde Haube für Maschinen, die eine gute Wärmeableitung benötigen, realisiert werden. Weiterhin kann durch einen Signalpfad vom Regler zur Spannvorrichtung die mechanische Spannung der Membran und damit das Frequenzspektrum einer aktiven Schalldämpfungsvorrichtung dynamisch variiert werden.The advantages of such a device are the large area Structure, of the same shape on the whole vibrating Area with even and small mass coverage of the area, the good acoustic impedance matching in air and compared to a mechanically stiff support structure broadband, due to the variable clamping force adjustable frequency spectrum with regard to excitation and detection of Sound. This can cause problems with a limitation of the area Expansion of actuator and sensor elements with regard to the exact and positioning of the Elements and the electrical contact supply arise, switched off become. These advantages enable the production of large areas  Devices for active noise reduction with a small, area-related Mass occupancy and correspondingly smaller, related to their surface Heat capacity; this allows a high heat transfer with simultaneous Suppression of sound transmission can be achieved. Therefore, with this Device z. B. a noise-reducing hood for machines that need good heat dissipation. Furthermore, by a signal path from the controller to the tensioning device the mechanical Voltage of the membrane and thus the frequency spectrum of an active one Sound damping device can be varied dynamically.

AusgestaltungDesign

Eine dünne, großflächige, in einem Rahmen eingespannte Membran aus Kunststoff wird auf der gesamten Fläche, oder auch nur auf einem Teil der Fläche, kraftschlüssig durch eine geeignete Klebeverbindung einseitig oder beidseitig mit einer dünnen piezoelektrischen PVDF-Polymerfolie gekoppelt. Hierfür werden beidseitig mit einer dünnen metallischen Beschichtung versehene PVDF-Polymerfolien verwendet, die an den Rändern der Aktuator- und Sensorflächen, z. B. an einer überstehenden Lasche, elektrisch kontaktiert werden können. Bei einseitiger Beklebung der gespannten Membran kann durch Anschluß der PVDF-Folie an eine Wechselspannungsquelle diese Membran zu Schwingungen mit variabler, einstellbarer Frequenz angeregt und damit Schall erzeugt werden. Umgekehrt kann diese Vorrichtung zur Schalldetektion dienen, indem das bei Schalleinwirkung auf die Membran an den Kontakten entstehende elektrische Spannungssignal ausgewertet wird. Bei doppelseitiger Beklebung der Membran mit PVDF-Folien und Schaltung einer PVDF-Folie als Aktuator und der anderen Folie als Sensor kann durch geeignete Regelung der Aktuatorsignals unter Verwendung des Sensorsignals eine Vorrichtung zur aktiven Schalldämpfung geschaffen werden.A thin, large-area membrane clamped in a frame Plastic is applied to the entire surface, or even to a part of it Surface, non-positively by a suitable adhesive connection on one side or coupled on both sides with a thin piezoelectric PVDF polymer film. This is done on both sides with a thin metallic coating provided PVDF polymer films used on the edges of the actuator and Sensor areas, e.g. B. on a protruding tab, electrically contacted can be. If the tensioned membrane is glued on one side, by connecting the PVDF film to an AC voltage source Membrane excited to vibrations with variable, adjustable frequency and so that sound is generated. Conversely, this device for Sound detection is used by applying sound to the membrane the electrical voltage signal arising from the contacts is evaluated. At double-sided gluing of the membrane with PVDF films and switching one PVDF film as an actuator and the other film as a sensor can pass through suitable control of the actuator signal using the sensor signal a device for active sound attenuation can be created.

AusführungsbeispielEmbodiment

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown in the drawing and will described in more detail below.

Es zeigt Fig. 1 eine kreisförmige Kunstoffmembran (1), die beidseitig mit PVDF-Folien (10) beklebt ist und die mit einem Spannring (6), 5 Spannhaken (2) sowie den dazugehörigen Spannmuttern (4) auf einen kreisrunden, reifenförmigen Grundkörper (3) aufgespannt wird. Die mechanische Spannung dieser Membran kann mit Hilfe der Spannmuttern (4) verändert werden. Die PVDF-Folie besteht aus einer Polyvinylidendifluorid-Schicht mit piezoelektrischen bzw. elektrostriktiven Eigenschaften (8), die beidseitig mit Aluminium (7) bedampft ist, um eine elektrische Kontaktierung herzustellen. Diese Struktur wird wiederum mittels einer Klebeschicht (9) kraftschlüssig mit der Kunstoffmembran (1) verbunden. Die elektrische Kontaktierung (5) erfolgt über zwei Klemmkörper (11), auf denen eine Kupferkontaktschicht (12) aufgebracht ist. Die PVDF-Folie wird so zwischen die Klemmkörper gespannt, daß ein guter Kontakt jeweils zwischen der Kupferschicht (12) und der Aluminiumschicht (7) entsteht. Über Drähte (14) (16), die an der Kupferkontaktierung angebracht sind, wird eine Verbindung zu einer BNC-Buchse (13) hergestellt, an der die Signale abgegriffen oder angelegt werden können. Die Kontaktierung der zweiten Folie ist in gleicher Weise aufgebaut.It shows Fig. 1 a circular Kunstoffmembran (1) which is provided with PVDF film (10) glued on both sides and with a clamping ring (6), 5 clamping hook (2) and the associated clamping nuts (4) on a circular, hoop-shaped base body ( 3 ) is spanned. The mechanical tension of this membrane can be changed using the tension nuts ( 4 ). The PVDF film consists of a polyvinylidene difluoride layer with piezoelectric or electrostrictive properties ( 8 ), which is vapor-coated with aluminum ( 7 ) on both sides in order to produce electrical contact. This structure is in turn non-positively connected to the plastic membrane ( 1 ) by means of an adhesive layer ( 9 ). The electrical contacting ( 5 ) takes place via two clamping bodies ( 11 ) on which a copper contact layer ( 12 ) is applied. The PVDF film is stretched between the clamping bodies so that there is good contact between the copper layer ( 12 ) and the aluminum layer ( 7 ). A connection to a BNC socket ( 13 ) is established via wires ( 14 ) ( 16 ) attached to the copper contact, on which the signals can be tapped or applied. The contacting of the second film is constructed in the same way.

Wenn die Membran z. B. durch externe Schallanregung in Schwingungen versetzt wird, werden in den PVDF-Folien elektrische Spannungssignale erzeugt, die an den BNC-Buchsen (13, 15) abgegriffen werden können. Umgekehrt wird durch Anlegen einer Wechselspannung an die BNC-Buchsen (13,15) und damit an die PVDF-Folien die Membran zu mechanischen Schwingungen angeregt, die dann als Schall in den Raum abgestrahlt werden. Verwendet man in einem Regelkreis das detektierte Signal als Ist-Größe (Sensorsignal), z. B. an Buchse (15), und das erzeugte Signal als Stell-Größe (Aktuatorsignal), z. B. an Buchse (16), so läßt sich eine aktive Struktur zur Schwingungsdämpfung realisieren.If the membrane z. B. is caused to vibrate by external sound excitation, electrical voltage signals are generated in the PVDF films, which can be tapped at the BNC sockets ( 13 , 15 ). Conversely, by applying an alternating voltage to the BNC sockets ( 13, 15 ) and thus to the PVDF films, the membrane is excited to mechanical vibrations, which are then emitted into the room as sound. If you use the detected signal in a control loop as the actual variable (sensor signal), e.g. B. at socket ( 15 ), and the signal generated as a manipulated variable (actuator signal), for. B. on socket ( 16 ), an active structure for vibration damping can be realized.

Mit dem in Fig. 2 dargestellten Versuchsaufbau und einem Regler wurde mit dieser Vorrichtung eine Dämpfung des die Schwingungsauslenkung kennzeichnenden Sensorsignals von 18 dB erreicht.With the experimental setup shown in FIG. 2 and a controller, this device achieved a damping of the sensor signal characterizing the vibration deflection of 18 dB.

Claims (1)

Vorrichtung und Verfahren zur Schallerzeugung, zum Schallnachweis und zur aktiven Schalldämpfung, dadurch gekennzeichnet, daß piezoelektrische Polymerfolien kraftschlüssig mit einer mit einstellbarer Spannkraft eingespannten Membran verbunden werden.Device and method for sound generation, for sound detection and for active sound damping, characterized in that piezoelectric polymer films are non-positively connected to a membrane clamped with an adjustable tension force.
DE4419933A 1994-06-08 1994-06-08 Piezoelectric polymer film acoustic generator for active cancellation Ceased DE4419933A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4419933A DE4419933A1 (en) 1994-06-08 1994-06-08 Piezoelectric polymer film acoustic generator for active cancellation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4419933A DE4419933A1 (en) 1994-06-08 1994-06-08 Piezoelectric polymer film acoustic generator for active cancellation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE4419933A1 true DE4419933A1 (en) 1995-12-14

Family

ID=6520031

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE4419933A Ceased DE4419933A1 (en) 1994-06-08 1994-06-08 Piezoelectric polymer film acoustic generator for active cancellation

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE4419933A1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997043754A1 (en) * 1996-05-14 1997-11-20 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Reactive sound absorber
DE19826171C1 (en) * 1998-06-13 1999-10-28 Daimler Chrysler Ag Active noise damping method for window e.g. for automobile window
DE19946083A1 (en) * 1999-09-25 2001-03-29 Volkswagen Ag Active noise reduction device esp. for motor vehicles, has loudspeaker and microphone connected to control unit, joined to voltage supply and further control unit, with all components arranged in flexible carrier material
DE102004005758A1 (en) * 2004-01-30 2005-08-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Clamping in which a mechanical element is held
CN111899709A (en) * 2020-06-18 2020-11-06 华帝股份有限公司 Damping silencer, gas water heater and control method of gas water heater

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2915637A1 (en) * 1978-04-25 1979-11-08 Polaroid Corp ELECTROACOUSTIC CONVERTER AND METHOD FOR ITS PRODUCTION
DE3009068A1 (en) * 1980-03-10 1981-09-24 Reinhard Dipl.-Ing. Lerch PIEZOPOLYMER CONVERTER WITH FIXED MEMBRANE SUPPORT
DE3135096A1 (en) * 1981-02-20 1982-09-09 Apparatebau Wilhelm Heibl Gmbh, 8671 Selbitz Sound generator (source) having a piezoelectric transducer

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2915637A1 (en) * 1978-04-25 1979-11-08 Polaroid Corp ELECTROACOUSTIC CONVERTER AND METHOD FOR ITS PRODUCTION
DE3009068A1 (en) * 1980-03-10 1981-09-24 Reinhard Dipl.-Ing. Lerch PIEZOPOLYMER CONVERTER WITH FIXED MEMBRANE SUPPORT
DE3135096A1 (en) * 1981-02-20 1982-09-09 Apparatebau Wilhelm Heibl Gmbh, 8671 Selbitz Sound generator (source) having a piezoelectric transducer

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997043754A1 (en) * 1996-05-14 1997-11-20 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Reactive sound absorber
US6385321B1 (en) 1996-05-14 2002-05-07 Fraunhofer-Gesellschaft Reactive sound absorber
DE19826171C1 (en) * 1998-06-13 1999-10-28 Daimler Chrysler Ag Active noise damping method for window e.g. for automobile window
DE19946083A1 (en) * 1999-09-25 2001-03-29 Volkswagen Ag Active noise reduction device esp. for motor vehicles, has loudspeaker and microphone connected to control unit, joined to voltage supply and further control unit, with all components arranged in flexible carrier material
DE102004005758A1 (en) * 2004-01-30 2005-08-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Clamping in which a mechanical element is held
CN111899709A (en) * 2020-06-18 2020-11-06 华帝股份有限公司 Damping silencer, gas water heater and control method of gas water heater

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2160176C3 (en) Electroacoustic converter
DE69422916T2 (en) PIEZOELECTRIC LOW VOLTAGE BENDING DRIVE
DE1902849C3 (en) Mechanical-electrical or electrical-mechanical converter
DE68920031T2 (en) AUDIOTRANSDUCER WITH ADJUSTABLE FLEXIBILITY DIAPHRAGMA.
DE2711935C3 (en) Arrangement for damping mechanical vibrations of a deflectable carrier with a transmitter head, in particular for video tape recorders
DE10316287B3 (en) Directional microphone for hearing aid having 2 acoustically coupled membranes each coupled to respective sound entry opening
AU698831B2 (en) Acoustic vibration generator
JP4588321B2 (en) Ultrasonic transducers for parametric arrays
DE102019125815A1 (en) Sound transducer unit for generating and / or detecting sound waves in the audible wavelength range and / or in the ultrasonic range
EP0145997B2 (en) Reproduction errors compensation device for electroacoustic transducers
DE2554150A1 (en) SOUND CONVERTER
DE4419933A1 (en) Piezoelectric polymer film acoustic generator for active cancellation
EP1248491B1 (en) Ultrasonic parametric speaker system
DE10117529A1 (en) Ultrasound based parametric speaker system
DE19913132C2 (en) Speaker unit
Wegener et al. Piezoelectric two-layer stacks of cellular polypropylene ferroelectrets: Transducer response at audio and ultrasound frequencies
DE915826C (en) Bone conduction hearing aids
DE3733095A1 (en) STEREO DEVICE WITH A PIEZOELECTRIC MEMBRANE SPEAKER
US11463804B2 (en) Panel loudspeakers constructed of panels with viscoelastic damping material
DE2125784B2 (en) Efficient electroacoustic transducer with reduced unwanted vibrations - has vibrating membrane with piezoelectric transducers distributed over it and exciting all zones in phase
DE1616149A1 (en) Hearing aid
WO1999057936A2 (en) Method and device for the electroacoustic transmission of acoustic energy
DE2803168C3 (en) Electromechanical converter
DE102005035604B4 (en) Loudspeaker and method for function control of the same
DE69230007T2 (en) Housing with actively generated acoustic transmission loss

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8122 Nonbinding interest in granting licences declared
8131 Rejection