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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Lautsprecher und insbesondere
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Lautsprecher, der
ein im Wesentlichen halbkugeliges Oberflächenschwingungselement umfasst.
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2. Beschreibung der verwandten
Technik
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Ein
Lautsprecher, der ein halbkugeliges Oberflächenschwingungselement umfasst,
wurde in der
japanischen Patentanmeldung
Nr. 7-347884 (ungeprüfte
japanische Patentanmeldung Nr. 9-168194 ,
EP-A-0782370 ) offenbart.
Bei diesem Lautsprecher
1, wie er in
9 gezeigt
ist, sind Elektroden
3a und
3b an beiden Oberflächen eines
halbkugeligen Oberflächenschwingungskörpers
2 aus
einem piezoelektrischen Material vorgesehen. Durch Eingeben eines Signals
zwischen diese Elektroden
3a und
3b schwingt der
Schwingungskörper
2 derart,
dass eine akustische Welle erzeugt wird. Der Randabschnitt des Schwingungskörpers
2 ist
an einer Basis
4 angebracht.
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In
der Basis 4 ist ein Schalltrichterabschnitt 5 vorgesehen,
der ein Loch (Schallweg) aufweist, das sich von der Innenoberflächenseite
des Schwingungskörpers 2 zu
der Außenseite
hin allmählich
vergrößert. Mit
dem Schalltrichterabschnitt 5 verhält es sich so, dass eine akustische
Welle, die von der Innenoberflächenseite
des Schwingungskörpers 2 ausstrahlt,
verursacht durch die Schwingung des Schwingungselements 2,
durch den Schalltrichterabschnitt 5 hindurchläuft und
nach Außen
geleitet wird. Eine akustische Welle, die von der Außenoberflächenseite
des Schwingungskörpers 2 ausstrahlt,
und eine akustische Welle, die von der Innenoberflächenseite
ausstrahlt, weisen einen Phasenunterschied von 180° auf. Die
Schallwellen werden jedoch von dem Schalltrichterabschnitt 5 derart
manipuliert, dass sich die Schallwellen in im Wesentlichen derselben Phase
in einer zu der Installationsebene des Lautsprechers 1 parallelen
Richtung befinden.
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Wie
es im Vorhergehenden beschrieben ist, wird bei diesem Lautsprecher 1,
da der Schwingungskörper 2 eine
halbkugelige Oberflächenform aufweist,
eine akustische Welle ungerichtet von der gekrümmten Außenoberflächenseite des Schwingungskörpers 2 ausgestrahlt.
Ferner wird eine akustische Welle, die von der Innenoberflächenseite
des Schwingungskörpers 2 ausgestrahlt
wird und den Schallweg des Schalltrichterabschnitts 5 durchläuft, ungerichtet
in der zu der Installationsebene des Lautsprechers 1 parallelen
Richtung ausgestrahlt. Entsprechend kann dieser Lautsprecher 1 als
ein ungerichteter Lautsprecher verwendet werden. Ferner wird ein
Lautsprecher hergestellt, der elektrische Signale sehr effizient
in akustische Signale umsetzt, und zwar aufgrund der Ausnutzung
einer akustischen Welle, die von der Außenoberflächenseite des Schwingungskörpers 2 ausgestrahlt
wird, sowie einer akustischen Welle, die von der Innenoberflächenseite
desselben ausgestrahlt wird.
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Da
ein derartiger Lautsprecher eine akustische Welle ausnutzt, die
von der Innenoberflächenseite
des Schwingungskörpers
ausgestrahlt wird, muss der Lautsprecher jedoch eine Basis und einen Schalltrichterabschnitt
umfassen, die einstückig
gebildet sind. Bezüglich
der Form des in dem Schalltrichterabschnitt vorgesehenen Lochs ist
das Loch derart geformt, dass es sich von der Innenoberflächenseite
des Schwingungskörpers
zu der Außenseite
hin allmählich
vergrößert. Diese
Form lässt
sich schwierig herstellen, weshalb die Basis und der Schalltrichterabschnitt
schwer herzustellen sind. Um eine Schallwelle, die von der Innen oberflächenseite des
Schwingungskörpers
ausgestrahlt wird, effektiv ausnutzen zu können, muss ein Zwischenraum
zwischen der Basis und dem Schwingungskörper präzise aufrechterhalten werden.
Somit erfordert die Herstellung eines derartigen Lautsprechers genaue
Toleranzen, was Kosten und Schwierigkeiten der Herstellung erhöht.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Entsprechend
schaffen bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung einen Lautsprecher, der einen im Wesentlichen
halbkugeligen Oberflächenschwingungskörper umfasst,
der ökonomisch
hergestellt wird.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Lautsprecher ein im Wesentlichen
halbkugeliges Oberflächenschwingungselement,
einen Antriebsmechanismus, der dahingehend angeordnet ist, das Schwingungselement
in Schwingung zu versetzen, und eine Flachbasisplatte, um den Randabschnitt
des Schwingungselements zu befestigen.
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Bei
einem derartigen Lautsprecher besteht der Schwingungskörper aus
einem piezoelektrischen Material, und der Antriebsmechanismus umfasst Elektroden,
die an der Innenoberfläche
und der Außenoberfläche des
Schwingungselements vorgesehen sind.
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Ferner
umfasst der Lautsprecher einen Schalltrichter, der an der Außenoberflächenseite
des Schwingungselements angeordnet ist und ein Loch aufweist, das
sich im Durchmesser allmählich
in dem Maße
erhöht,
in dem sich die Entfernung von dem Schwingungselement vergrößert.
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Darüber hinaus
reflektiert der Schalltrichter eine durch eine Schwingung des Schwingungselements
erzeugte akustische Welle und schwingt ferner mit der Schwingung
des Schwingungselements.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung ist der Schalltrichter an einer Flachbasisplatte
befestigt.
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Bei
dem Lautsprecher gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird lediglich eine akustische Welle, die
von der Außenoberflächenseite
des halbkugeligen Oberflächenschwingungskörpers ausgestrahlt wird,
genutzt. Somit ist es nicht erforderlich, einen Schalltrichterabschnitt
bereitzustellen, der einstückig mit
einer Basis ist, da der Lautsprecher eine von der Innenoberflächenseite
ausgestrahlte akustische Welle nicht nutzt. Folglich ist die Basis,
die dahingehend angeordnet ist, den Randabschnitt des halbkugeligen Oberflächenschwingungskörpers zu
befestigen, derart aufgebaut, dass sie die Form einer flachen Platte aufweist,
weshalb der Lautsprecher ökonomisch
hergestellt werden kann.
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Der
im Wesentlichen halbkugelige Oberflächenschwingungskörper besteht
aus einem piezoelektrischen Material oder einem anderen geeigneten Material.
Zum Antreiben des Schwingungskörpers sind
Elektroden an beiden Oberflächen
des Schwingungskörpers
vorgesehen.
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Ferner
wird durch ein Anbringen eines Schalltrichters, der einen Durchmesser
aufweist, der sich zu der Außenseite
zu der Außenoberflächenseite
des Schwingungskörpers
hin allmählich
vergrößert, eine
akustische Welle, die von der Außenoberflächenseite des Schwingungskörpers ausgestrahlt wird
und die Innenoberfläche
des Schalltrichters erreicht, reflektiert. Somit werden die Richtungen
von von dem Lautsprecher auszustrahlenden Schallwellen präzise eingestellt,
und der Schalldruckpegel in der Ausstrahlungsrichtung wird weitgehend
verbessert.
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Durch
Aufbauen des Lautsprechers derart, dass der Schalltrichter mit der
Schwingung des Schwingungskörpers
in Schwingung versetzt wird, wird der Schalldruckpegel im Bass weitgehend
verbessert.
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Weitere
Merkmale, Elemente, Charakteristika und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der ausführlichen
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele derselben mit
Bezug auf die hieran angefügten
Zeichnungen klar.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel des Lautsprechers
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
ein veranschaulichender Querschnitt des in 1 gezeigten
Lautsprechers;
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3 ist
ein Querschnitt des Schwingungselements, das bei dem in 1 gezeigten
Lautsprecher verwendet wird;
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4 ist
eine Veranschaulichung, die das Schwingungselement und einen Anschluss
zeigt, die bei dem in 1 gezeigten Lautsprecher miteinander
verbunden sind;
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5 ist
eine Seitenansicht des in 4 gezeigten
Anschlusses;
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6 ist
eine perspektivische Ansicht, die einen Schalltrichter zeigt, der
an dem in 1 gezeigten Lautsprecher angebracht
ist;
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7 ist
ein veranschaulichender Querschnitt des in 1 gezeigten
Lautsprechers;
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8 ist
ein Graph, die die Charakteristiken der Schalldruckpegel des Lautsprechers,
bei dem der Schalltrichter nicht eingesetzt wird, des Lautsprechers,
bei dem die Basis und der Schalltrichter nicht miteinander in Kontakt
sind, und des Lautsprechers, bei dem die Basis und der Schalltrichter
miteinander verbunden sind, zeigt; und
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9 ist
ein Querschnitt, der ein Beispiel eines herkömmlichen Lautsprechers zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
von bevorzugten Ausführungsbeispielen
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, die einen Lautsprecher gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist eine
Querschnittsansicht des in 1 gezeigten
Lautsprechers.
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Ein
Lautsprecher 10 umfasst eine Flachplattenbasis 12.
Die Basis 12 weist vorzugsweise die Form einer Scheibe
auf und besteht vorzugsweise aus Aluminium oder einem anderen geeigneten
Material. Ein kleines Loch 14 ist in der Mitte der Basis 12 vorgesehen.
Ferner ist entlang des Außenumfangs der
Basis 12 an einer Oberfläche der Basis 12 eine im
Wesentlichen kreisförmige
Rille 16 vorgesehen. Anschlussrillen 18 und 20 sind
jeweils in gegenüberliegenden
Endabschnitten der Basis 12 vorgesehen. Jede der Anschlussrillen 18 und 20 ist
von der einen Oberfläche
der Basis 12 zu dem Randabschnitt derselben zurückgesetzt.
Die Anschlussrillen 18 und 20 sind derart angeordnet,
dass später
beschriebene Anschlüsse
zu der anderen Oberflächenseite
der Basis 12 herausgeführt
werden.
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Ein
im Wesentlichen halbkugeliges Oberflächenschwingungselement 22 ist
an der einen Oberfläche
der Basis 12 vorge sehen und an derselben befestigt. Das
Schwingungselement 22 umfasst, wie es in 3 gezeigt
ist, einen im Wesentlichen halbkugeligen Oberflächenschwingungskörper 24 aus
einer piezoelektrischen Keramik oder einem anderen geeigneten Material.
Der Schwingungskörper 24 ist
in der Richtung der Dicke polarisiert. Als ein Antriebsmechanismus,
um den Schwingungskörper 24 in Schwingung
zu versetzen, sind Elektroden 26 und 28 an beiden
Oberflächen
des Schwingungskörpers 24 vorgesehen.
Die Elektroden 26 und 28 werden durch Aufbringen
eines leitfähigen
Materials, wie beispielsweise Gold, Silber, Nickel, oder eines anderen
geeigneten Materials durch Plattieren, Aufdampfen, Sputtern oder
andere geeignete Verfahren auf dem Schwingungskörper 24 vorgesehen.
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Das
Schwingungselement 22 wird in die im Wesentlichen kreisförmige Rille 16,
die an der Basis 12 vorgesehen ist, eingepasst. Der Randabschnitt des
Schwingungselements 22 wird in der Rille 16 der Basis 12 mit
Hilfe eines Haftmittels verbunden, das Isoliereigenschaften aufweist.
Anschließend
fungiert das in der Basis 12 vorgesehene kleine Loch 14 als ein
Endgasungsloch, so dass bei dem Verbindungsprozess erzeugte Wärme nicht
bewirkt, dass sich die Luft im Inneren ausdehnt und einen Zwischenraum zwischen
dem Schwingungselement 22 und der Basis 12 bildet,
was bewirkt, dass die Verbindung unstabil wird. Darüber hinaus
sind Anschlüsse 30 und 32 an
den Elektroden 26 und 28 befestigt, die an beiden Oberflächen des
Schwingungselements 24 vorgesehen sind. Die Anschlüsse 30 und 32 sind
in der Form einer Kurbel aufgebaut, wie es in 4 und 5 gezeigt
ist. Der Spitzenabschnitt jedes Anschlusses ist in zwei Abschnitte
geteilt, da, wenn der Spitzenabschnitt jedes Anschlusses nicht geteilt
ist, sich zwischen dem Umfang des Anschlusses und dem Umfang der
Elektrode des Schwingungselements ein großer Zwischenraum entwickelt,
der es schwierig macht, den Anschluss zu löten. Dies tritt auf, weil der Anschluss
an die kugelige Oberfläche
des Schwingungselements 22 gelötet wird. Darüber hinaus
weist das Lot bei Anschlüssen,
die nicht geteilt sind, die Neigung auf, an einen gebogenen Abschnitt
des Anschlusses anzuhaften, so dass das Lot, das nicht zu der Verbindung
zwischen der Elektrode und dem Anschluss beiträgt, auf dem Anschluss verbleibt.
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Sind
die Spitzen der Anschlüsse 30 und 32 in zwei
Abschnitte geteilt, wird der Kontakt zwischen den Spitzen der Anschlüsse 30 und 32 und
der Kugel weitgehend verbessert. Zudem fließt das Lot zwischen den geteilten
Spitzen beider Anschlüsse 30 und 32,
wodurch die Verbindung zwischen den Elektroden 26, 28 und
den Anschlüssen 30, 32 verbessert wird.
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Der
Anschluss 30 ist mit der Elektrode 26 verbunden,
die an der Außenoberfläche des
Schwingungskörpers 24 vorgesehen
ist, und der Anschluss 32 ist mit der Elektrode 28 verbunden,
die an der Innenoberfläche
des Schwingungskörpers 24 vorgesehen
ist. Die Anschlüsse 30 und 32,
die die Anschlussrillen 18 und 20, die in der
Basis 12 vorgesehen sind, durchlaufen, werden jeweils senkrecht
zu der Oberfläche
der Basis 12 herausgeführt.
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Um
ein Kurzschließen
zwischen den Anschlüssen 30, 32 und
der Basis 12 zu vermeiden, sind Zwischenräume zwischen
dem Inneren der Anschlussrillen 18, 20 und den
Anschlüssen 30, 32 vorgesehen.
Wenn die Basis 12 aus Aluminium besteht, können die
Basis und die Anschlüsse 30 und 32 einander
kontaktieren, wenn ein Isolierfilm durch eine Aluminiumoxidbehandlung
der Oberfläche
des Aluminiums oder ein Harzfilm mit Isoliereigenschaften auf derselben
vorgesehen ist. Wenn die Basis 12 aus einem Isoliermaterial,
wie beispielsweise einem Harz mit Isoliereigenschaften, oder einem
anderen geeigneten Isoliermaterial hergestellt ist, ist kein Zwischenraum
zwischen den Anschlüssen 30, 32 und der
Basis 12 erforderlich.
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Der
Schwingungskörper 24 des
Lautsprechers 10 wird durch Eingeben eines Signals in die Anschlüsse 30 und 32 in
Schwingung versetzt, so dass eine akustische Welle von der gekrümmten Außenoberfläche des
Schwingungselements 22 ausgestrahlt wird. Jedoch wird die
von der Innenoberfläche des
Schwingungselements 22 ausgestrahlte akustische Welle nicht
nach Außen
ausgestrahlt, da die Basis 12 vorgesehen ist. Es sei darauf
hingewiesen, dass das kleine Loch 14 in der ungefähren Mitte
der Basis 12 vorgesehen ist, um es zuzulassen, dass im Inneren
vorliegende Luft entweichen kann und eine Ausstrahlung der akustischen
Welle von der Innen- zu der Außenseite
nicht zulässt.
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Bei
diesem Lautsprecher 10, der keine von der Innenoberfläche des
Schwingungselements 22 ausgestrahlte akustische Welle verwendet,
ist es nicht erforderlich, einen Schalltrichterabschnitt an der Basis 12 vorzusehen.
Die Herstellung des Lautsprechers 10 ist wesentlich effizienter
und ökonomischer, da
ein Schalltrichterabschnitt mit einer komplizierten Form an der
Basis 12 nicht erforderlich ist. Folglich werden die Herstellungskosten
des Lautsprechers 10 weitgehend reduziert.
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Wenn
das Schwingungselement 22 dahingehend aufgebaut ist, dass
es einen Durchmesser von etwa 20 mm aufweist, kann der Lautsprecher 10 als ein
Hochtonlautsprecher verwendet werden. In diesem Fall bildet der
Lautsprecher 10 in Kombination mit Lautsprechern für den Mittelton
und den Bass ein Lautsprechersystem. Mit einem Lautsprechersystem, in
das der Lautsprecher 10 eingegliedert ist, ist es schwierig,
einen Schalldruckpegel von etwa 90 dB zu erzielen, der aber über den
gesamten Höhenbereich erforderlich
ist. Um den erforderlichen Schallpegel zu erzielen, ist, wie es
in den 6 und 7 gezeigt ist, ein Lautsprecher 50 vorgesehen,
der einen Lautsprecher 10 in Kombination mit einem Schalltrichter 40 umfasst.
In dem Schalltrichter 40 des Lautsprechers 50 erhöht sich
der Durchmesser eines Lochs in dem Trichter in dem Maße allmählich, in
dem sich die akustische Welle durch den Schallweg von dem Schwingungselement 22 weg
bewegt. Ein Flansch 44 ist dahingehend angeordnet, sich
zu dem Inneren des Schalltrichters 40 auf der engen Lochseite
des Schallwegs 42 hin zu erstrecken. Der Endabschnitt der
einen Oberfläche
der Basis 12 ist mit dem Flansch 44 verbunden.
Das Schwingungselement 22 ist auf der Seite des Schallwegs 42 des
Schalltrichters 40 angeordnet.
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Darüber hinaus
ist in den Endabschnitten auf der Seite des breiten Lochs des Schallwegs 42 ein Flansch 46 vorgesehen,
der sich zu der Außenseite des
Schalltrichters 40 erstreckt. In dem Flansch 46 sind
drei Befestigungslöcher 48 angeordnet.
Diese Befestigungslöcher 48 werden
verwendet, um den Lautsprecher 50 an einer Prallplatte
oder einer anderen geeigneten Struktur anzubringen, in einem Lautsprechersystem,
in dem der Lautsprecher 50 mit Lautsprechern für die anderen
akustischen Bereiche verbunden ist. Der Schalltrichter 40 besteht
vorzugsweise aus einem Material wie beispielsweise einem ABS-Harz
oder einem anderen geeigneten Material, mit dem er dünn hergestellt
sein kann.
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Bei
dem Lautsprecher 50, an dem dieser Schalltrichter 40 angebracht
ist, wird eine von der Außenoberfläche des
Schwingungselements 22 ausgestrahlte akustische Welle von
der Innenwand des Schalltrichters 40 derart reflektiert,
dass die akustische Welle in einer einzigen Richtung übertragen wird.
Folglich wird ein hoher Schalldruckpegel erzielt. Zudem kann der
Schalltrichter 40 mit der Schwingung des Schwingungselements 22 schwingen,
indem der Schalltrichter 40 aus einem leichten Material,
wie beispielsweise einem ABS-Harz, oder einem anderen geeigneten
Material hergestellt ist, so dass er dünn ist. Indem der Schalltrichter 40 in
Schwingung versetzt wird, wird der Schalldruckpegel auf der Bassseite
weitgehend verbessert.
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8 veranschaulicht
die Schallpegel, die von dem Lautsprecher 10, an dem der
Schalltrichter 40 nicht angebracht ist, einem Lautsprecher
(nicht veranschaulicht), der den Schalltrichter einsetzt, der nicht
mit der Basis in Kontakt ist, und dem Lautsprecher 50,
bei dem die Basis 12 mit dem Schalltrichter 40 verbunden
ist, erzeugt werden. Bezüglich
des Lautsprechers (nicht veranschaulicht), bei dem die Basis und
der Schalltrichter nicht in Kontakt miteinander waren, wurde der
Schalltrichter lediglich zur Reflexion verwendet. Ferner wurde der
Lautsprecher 50, bei dem die Basis 12 und der
Schalltrichter 40 miteinander verbunden waren, sowohl zur
Reflexion als auch zur Schwingung verwendet.
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Wie
in 8 zu sehen ist, wurde bezüglich des Lautsprechers (nicht
veranschaulicht), der den Schalltrichter lediglich zur Reflexion
einsetzt, insgesamt ein höherer
Schalldruckpegel erhalten, verglichen mit dem Lautsprecher 10,
der den Schalltrichter nicht einsetzt. Ferner wird bezüglich des
Lautsprechers 50, der den Schalltrichter 40 sowohl
zur Reflexion als auch zur Schwingung einsetzt, vergleichen mit
dem Lautsprecher (nicht veranschaulicht), der den Schalltrichter
lediglich zur Reflexion verwendet, ein höherer Schalldruckpegel erhalten.
Zudem versteht es sich, dass der Schalldruckpegel durch Verwendung
des Schalltrichters 40 zur Schwingung besonders auf der
Bassseite weitgehend verbessert wird.
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Durch
Verwenden des Schalltrichters 40 wird ein höherer Schalldruckpegel
erzielt. Der Lautsprecher 50 ist zur Verwendung in Kombination
mit anderen Lautsprechern zum Definieren eines Lautsprechersystems
geeignet. Da der Schalltrichter 40 als ein separates Bauglied
hergestellt ist, wird der Schalltrichter 40, vergleichen
mit einem herkömmlichen
Bauglied, bei dem die Basis und der Schalltrichterabschnitt miteinander
integriert sind, auf ökonomischere
Weise hergestellt. Der Lautsprecher 10 kann einfach und
mit niedrigeren Kosten hergestellt werden, selbst wenn er den Schalltrichter 40 umfasst.
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Wenn
der Schalltrichter 40 vorzugsweise aus einem Material mit
einer hohen Masse besteht, reflektiert der Schalltrichter 40 die
akustische Welle, ohne jedoch als eine Schwingungsplatte zu fungieren.
Folglich wird vorzugsweise ein dünnes
Metall oder ein anderes geeignetes Material mit geringer Masse zur
Herstellung des Schalltrichters 40 verwendet.
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Gemäß bevorzugten
Ausführungsbeispielen der
vorliegenden Erfindung werden die Strukturen der Basis und des Schalltrichters
vereinfacht, wodurch eine ökonomische
Herstellung eines Lautsprechers ermöglicht wird. Ein erforderlicher
Schalldruckpegel wird durch Reflektieren einer von dem Schwingungselement
ausgestrahlten akustischen Welle mit dem Schalltrichter und ferner
dadurch, dass der Schalltrichter selbst mit der Schwingung des Schwingungselements
in Schwingung versetzt wird, erzielt.
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Auch
wenn bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung offenbart worden sind, werden verschiedene Modi eines
Ausführens
der hierin offenbarten Prinzipien so betrachtet, dass sie innerhalb des
Schutzbereichs der nachfolgenden Patentansprüche liegen. Folglich versteht
es sich, dass der Schutzbereich der Erfindung nicht beschränkt werden
soll, außer
so, wie es ist in den Patentansprüchen abweichend dargelegt ist.