DE7313564U

DE7313564U - Akustischer wandler mit einem piezoelektrischen treiber

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Publication number: DE7313564U
Application number: DE19737313564U
Authority: DE
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1972-04-10
Filing date: 1973-04-10
Publication date: 1973-11-22
Also published as: GB1399766A; JPS4910719A; CA991304A; FR2179883A1; IT982996B; JPS5338924B2; BE798009A; FR2179883B1; NL173699C; DE2318027A1; DE2318027C3; NL7305005A; AU5415873A; DE2318027B2; HK74978A; US3786202A

Description

G 73 13 564.5 MOMiMATi, 5. Sept. 1973 Motorola, InC. MelchloiWr. 42 Um« ZMthwi: M068G-985

Akustischer Wandler mit einem piezoelektrischen Treiber

Die Erfindug betrifft einen akustischen Wandler zur Umwandlung elektrischer Energie in akustische Energie und umgekehrt mit einem im wesentlichen flachen piezoelektrischen Element, das auf seinen Hauptflächen mit Elektroden zur Erregung als planarer Biegeschwinger belegt ist, wobei während der planaren Biegeschwingung in den Hauptflächen verlaufende Knotenlinien entstehen, und mit einer konisch geformten Membran.

Es ist bekannt, akustische Wandler zur !Anwandlung elektrischer Energie in akustische Energie und umgekehrt zu verwenden. Dabei kann ein piezoelektrisches Element als Treiber benutzt werden, wobei dieses piezoelektrische Element Verbiegungen einer bestimmten Art in Abhängigkeit von der angelegten elektrischen Energie erfährt bzw. ein elektrisches Signal in' Abhängigkeit von der mechanischen Verbiegung des piezoelektrischen Elementes liefert. Ein solcher akustischer

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Wandler kann also sowohl in der einen wie auch in der anderen Richtung zum Umwandeln der Energie benutzt werden. Häufig finden derartige akustische Wandler als Lautsprecher Verwendung, um elektrische Energie in Schallenergie umzuwandeln. Für derartige Lautsprecher ist es besonders wünschenswert, einen Wandler mit einem flachen tfbertragungefrequenzgang über die gesamte gewünschte Bandbreite zu haben; d.h. alle Schallfrequenzen zwischen zwei Greazfrequenzen sollen möglichst in gleicher Amplitude erzeugt werden. Da das piezoelektrische Element ein mechanischer Schwinger ist, treten spezielle Resonanzfrequenzen auf, die der Grundschwingung,dem ers-cen Oberton, dem zweiten Oberton usw. zugeordnet sind. Bei diesen Resonanzfrequenzen entstehen Resonanzüberhöhungen, so dass das Ausgangssignal bei diesen Frequenzen wesentlich ansteigt.

Bei bekannten akustischen Wandlern wird das Abflachen des Ubertragungsfrequenzganges durch die spezielle Ausgestaltung der elektrischen Schaltung bewirkt, mit der der Wandler angesteuert wird. Es ist auch bekannt, bei gewissen Frequenzen eine Dämpfung durch die besondere Ausgestaltung des Gehäuses und die Grosse der einseinen Komponenten vorzusehen. Diese Lösungen sind jedoch unbefriedigend, da sie nur begrenzt anwendbar sind. Wenn man mit Hilfe dieser Lösungen wirklich gute Ergebnisse erzielen will, wird die Ausgestaltung, d.h. die Formgebung des akustischen Wandlers extrem kompliziert und teuer, wobei sie nur für einen %*xlz bestimmten akustischen Wandler die volle gewünschte Wirksamkeit bringt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen akustischen Wandler zu schaffen, der ein piezoelektrisches Element als Treiber aufweist und bezüglich seines Ubeftragungsfrequensgangee innerhalb des gewünschten Bandes im wesentlichen einen flachen Verlauf zeigt.

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Diese Aufgabe wird gemäss Anspruch 1 erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zumindest eine einem ersten Oberton der Grundschwingung zugeordnete Knotenlinie in den Hauptflächen verläuft, dass die Membran einen pyramidenstumpfförmigen Scheitel mit im wesentlichen kreisförmiger Fläche aufweist, deren Durch messer kleiner als der Abstand der Knotenlinien des ersten Obertones ist, und dass die Scheitelfläöhe der Membran fest mit dem piezoelektrischen Element im wesentlichen zentrisch innerhalb der Knotenlinien des ersten Obertones verbunden ist.

Weitere Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.

Die Merkmale der Erfindung werden besonders vorteilhaft bei einem akustischen Wandler verwirklicht, bei dem ein piezoelektrisches Element als planarer Biegeschwinger schwingt und einem ersten Oberton zugeordnete Knotenlinien aufweist, die auf einer Hauptfläche des piezoelektrischen Elementes verlaufen. Mit einer Hauptfläche des piezoelektrischen Elementes, und zwar im wesentlichen im Zentrum innerhalb der ersten Knotenlinie ist der pyramidenstumpfförmige Scheitel einer Membran verbunden, wobei die V^rbindungsflache im wesentlichen kreisförmig ist. Der Abstand der Knotenlinie des ersten Obertones ist genügend weit von dem pyramidenstumpf förmigen Scheitel der Membran entfernt, um die Amplitude des Aus gangs signal s mit der Frequenz des ersten Ober-« tons im wesentlichen gleich der Amp? itude des Ausgangssignals der Grundschwingung zu machen. Auf der der Membran gegenüberliegenden Seite des piezoelektrischen Elementes ist ein Dämpfungselement angebracht, um die Frequenz der Grundschwingung des piezoelektrischen Elementes weiter abzusenken und die Überhöhungen bei der Grundschwingung und dem ersten Oberton dämpfend zu beeinflussen.

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Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles In Verbindung mit den sowohl einzeln als auch In jeder beliebigen Kombination die Erfindung kennzeichnenden Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen akustischen Wandler gemäss der Erfindung;

Fig. 2a eine Draufsicht auf einen piezoelektrischen Treiber mit eingezeichneten Knotenlinien;

b eine Seitenansicht des piezoelektrischen Treibers mit den eingezeichneten Knotenbereichen für die Grundschwingung;

c eine Seitenansicht des piezoelektrischen Treibers mit eingezeichneten Knotenbereichen für eine Oberschwingung ;

d den pyramidenstumpfförmigen Scheitel einer Membran;

Fig. 3 eine graphische Darstellung des Frequenzverlaufes eines akustischen Wandlers, wobei die ausgezogene Kurve den Verlauf bei einem bekannten und die gestrichelte Kurve den Verlauf bei einem akustischen Wandler gemäss der Erfindung angeben;

Fig. 4 einen Teilschnitt durch den piezoelektrischen Treiber mit einem mit diesem verbundenen Dämpfungseiement;

Fig. 5 eine vergrösserte Teilansicht des Dämpfungselementes.

In den einzelnen Figuren der nachfolgenden Beschreibung ist ein piezoelektrisiier Wandler 10 dargestellt, der zur Energieumwandlung bei elektrischer und mechanischer Erregung dienen

- 4 - kann

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kann. Als Anwendungsfall kommen Lautsprecher, Schallempfänger usw. in Bötrauht. Der Wandler IO hat ein Gehäuse 11. das eine topffb'rmige Vertiefung aufweist, in welcher |eine grundsätsiloh konisch geformte Membran 13 längs ihrer Aussenkanten befestigt ist. Diese Membran 13 ist mit einem pyramidenstumpfförmigen Scheitel versehen, an welchem ein piezoelektrischer !Treiber 15 befestigt ist. Dieser piezoelektrische Treiber besteht aus dem eigentlichen piezoelektrischen Element 16 und einem Dämpfung&element 17. Der Betrieb eines piezoelektrischen Yandlers, wobei der piezoelektrische Treiber direkt mit der Membran verbunden und von dieser allein gehalten wird, ist in der US-PS 3 548 116 beschrieben.

Bei diesem bekannten Aufbau ist der Scheitel der konisch geformten Membran mit dem Zentrum des piezoelektrischen Elementes verbunden, wobei sich für den Wandler ein Frequenzverlauf entsprechend der ausgezogenen Linie gemäss Flg. 3 ergibt. Dieser Frequenzverlauf gilt grundsätzlich und kann sich etwas in Abhängigkeit von der Wandleraueführung ändern. Das erste Maximum für das Ausgangssignal liegt etwa bei 1 kHz und ist mit 20 bezeichnet. Dieses Maximum wird primär durch eine Zentrumsresonanz des Treibers ausgelöst, d.h. bei einem Resonanzverhalten, das aufgrund der Verbindung einer verhältnismässig steifen Membran mit dem Zentrum des Treibers entsteht. Die Resonanz des Treibers wird auf die Membran durch eine leichte axiale Bewegung der Membran und des Treibers im Verbindungspunkt übertragen. Ein zweites Maximum 21 liegt bei etwa 5 kHz und wird primär durch die Grundquellenresonanz des piezoelektrischen Elementes 16 erzeugt. Ein drittes Maximum 22 bei etwa 19 kHz entsteht primär aufgrund einer dem ersten Oberton zugeordneten Resonanz des piezoelektriscnen Elementes 16.

In Fig. 2 ist das scheibenförmig ausgebildete piezoelektrische Element 16 in einer Draufsicht dargestellt. Das Element

- 5 - kann

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, kann als flache Scheibe jede beliebige Form annehmen, bei welcher die Scheibe Biegeschwingungen ausführen kann, d.h. sich längs mehr als einer Achse verblegen oder verspannen kann« Dementsprechend kann das piezoelektrische Element 16 quadratisch oder auch unregelmässig gestaltet sein. Im vorliegenden Ausführungebeispiel wird Jedoch der Einfachheit., halber von einer runden Scheibe ausgegangen.

Bei der Grundresonanzfrequenz verbiegt sich das piezoelektrische Element 16 längs jeder Durohmesserebene, wie aus f, Fig. 2b hervorgeht. Während der ersten Halb schwingung biegt sich das Zentrum nach oben und der Randbereich nach unten entsprechend der gestrichelten Linie 25 aus, wogegen die ··■'-; Scheibe während der zweiten Halbwelle die mit der gestrichelten Linie 26 dargestellte Verformung annimmt. Jedem Durchmesser sind zwei Knoten zugeordnet, in welchen die

Scheibe keine axiale Bewegung ausführt. Da das piezoelektrische Element 16 diese Verformung in jeder Durchmesserebene ausführt, entsteht eine kreisförmige Knotenlinie 27, die sowohl die obem als auch die untere Hauptfläche des EIe- ·. me nt es 16 erfasst.

In Fig. 2c ist in derselben Weise wie in Fig. 2b die Bewegung des piezoelektrischen Elementes bei einer dem ersten Oberton zugeordneten Resonanzfrequenz dargestellt. Da dieser erste Oberton eine höhere Frequenz hat, entstehen zwei konzentrisch gelegene kreisförmige Knotenlinien 28 und 29 auf den Hauptflächen des piezoelektrischen Elementes 16. Die Knotenlinie 29 liegt konzentrisch zur Knotenlinie 27 im Innern dieser Knotenlinie, die durch die Grundfrequenz bestimmt ist· Wie man aus dem Vergleich der Darstellungen gemäss Fig. 2b und 2c entnehmen kann, ist die axiale Bewegung dee piezoelektrischen Elementes 16 bei der Grundfrequenz in wesentlichen konstant über den gesamten Bereich,der von der Knotenlinie 29 umfasst wird· Da andererseits der Betrag

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der Auslenkung des piezoelektrischen Treibers 15 den Betrag der Auslenkung der Membran 13 bestimmt und damit des Ausgangssignals, wird durch die Verbindung der Membran in einem konzentrisch zu den Knotenlinien 27, 28 und 29 liegenden Funkt, wie dies beim bekannten Stand der Technik üblich ist, für alle Frequenzen ein maximales Ausgangssignal abgegeben, so dass sich ein Frequenzgang entsprechend der ausgezogenen Linie gemäss Fig. 3 ergibt.

In Fig. 2d ist ein Teil der Membran 13 mit einem p^ramidenstumpfförmigen Scheitel dargestellt, der durch die pyramidenstumpfförmige Ausbildung «»inen grundsätzlich kreisförmigen Bereich bildet, dessen Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Knotenlinie 29 ist. Wenn der Durchmesser dieser ScheitelMche der Membran 13 gleich dem Durchmesser der Knotenlinie 29 ist, wird der erste Oberton im wesentlichen unterdrückt, da die axiale Auslenkung des piezoelektrischen Elementes 16 für den ersten Oberton in diesem Bereich 0 ist. Durch die Ausgestaltung der Membran 13 derart, dass der Durchmesser der Scheitelfläche grosser als ein Funkt, jedoch kleiner als der Durchmesser der Knotenlinie 29 ist, lässt sich das Ausgangssignal auf der Frequenz des ersten Obertons ' (Maximum 22) soweit verringern, dass es etwa der Amplitude des dem Maximum der Grundschwingung (Maximum 21) zugeordneten Ausgangssignals entspricht. Da der zweite Oberton wesentlich über dem ersten Oberton und jenseits des Frequenzganges von akustischen Wandlern liegt, besteht keine Notwendigkeit, diesen Oberton zu berücksichtigen.

In Fig. 4 ist ein Teilschnitt durch den piezoelektrischen Treiber 15 dargestellt. Das piezoelektrische Element 16 besteht aus einer ersten und zweiten.piezoelektrischen Scheibe 40 und 41, die mit jeweils einer Hauptfläche mit einer Elektrode 42 verbunden sind. Auf den beiden weiteren Hauptflächen der piezoelektrischen Scheiben sind Elektroden 43 und

- 7 - angebracht

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angebracht, so dass das piezoelektrische Element 16 einen Aufbau aufweist, der dem üblichen Aufbau entspricht (US-PS 3 5^8 116). Durch die Elektroden 42, 43 und 44 wird das piezoelektrische Element 16 planar betrieben. Mit einer Hauptfläche des Elementes 16 ist ein federndes Dämpfungselement 17 verbunden, wobei diese Hauptfläche der Hauptfläche gegenüberliegt, mit der die Membran 13 verbunden ist. Das Dämpfungselement 17 ist wie das piezoelektrische Element 16 scheibenförmig ausgebildet und in seinem Durchmesser etwas grosser als das piezoelektrische Element. Mit Hilfe dieses Dämpfungselementes 17 wird für das piezoelektrische Element 16 eine Belastung geschaffen, um das Maximum 21 der Grundschwingung und ferner das Maximum 22 des ersten Obertons zu verringern. Dadurch ist es möglich, den Frequenzgang des piezoelektrischen Treibers 15 der in Fig. 3 dargestellten gestrichelten Linie 50 anzupassen.

Das Dämpfungselement 17 besteht aus einem federnden bzw. nachgiebigen Material, wie z.B. Gummi, wobei es sich sowohl um natürliches wie auch um synthetisches Material handeln kann. Derartige nachgiebige Materialien oder Elastomere haben einen frequenzabhängigen Schermodul, der sich direkt mit der Frequenz der angelegten Spannung ändert, d.h. der Schermodul steigt mit zunehmender Spannungsfrequenz an. Bei einer statisch oder nur mit sehr niederer Frequenz einwirkender Spannung arbeitet das elastomere Material nur im nachgiebigen Bereich, indem es für die einwirkenden Kräfte als elastisch erscheint. Mit zunehmender Frequenz der dynamisch einwirkenden Spannungen nimmt der Schermodul zu, wobei das Elastomer durch einen glasartigen Übergangsbereich in einen Bereich übergeht, in dem es wie ein glashartes Material, d.h. metallisch erscheint. Bei den unteren Frequenzen im Bereich der Maxima 20 und 21 gemäss Fig. 3 arbeitet das Dämpfungselement 17 vorzugsweise im glasartigen Übergangsbereich und bewirkt Hystereseverluste, die die Maxima 20 und 21 im wesentlichen

- 8 - unterdrücken

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unterdrücken. Im Bereich dee oberen Maximums 22 kann das Material des Dämpfungselementes 17 anfangen, den glasig harten Bereich zu erreichen, so dass die Hystereseverluste wesentlich geringer werden, womit auch der Dämpfungseinfluss des Dämpfungselementes 17 im Bereich des Maximums 22 stark zurückgeht.

Um die Verringerung der Hystereseverluste zu kompensieren, werden kleine Teilchen 46 eines verhältnismäseig schweren Materials, wie z.B. Eisen oder Blei, im elastomeren Material während der Herstellung des Dämpfungselementes 17 verteilt angebracht. Diese Teilchen 46 erhöhen das Gewicht des Dämpfungselementes 17 und bewirken eine Coulomb'sehe Dämpfung, die auf einer inneren Reibung zwischen den Metallteilchen und der sie umgebenden Flächen des elastomeren Material ρ beruht. Diese innere Reibung wird durch die unterschiedliche und relative Auslenkung der Teilchen unterschiedlichen Trägheitsmomentes verursacht. Diese Reibungsdämpfung nimmt mit der Anzahl der Teilchen sowie mit deren Grosse zu. Es wurde festgestellt, dass BleipartikelchenmLt einer durchschnittlichen Grosse von 100 Maschen in einem Verhältnis von 1 : 3 Gewichtteilen mit Gummi gemischt eine Dämpfung bewirken, mit der der gewünschte Frequenzgang gemäss Fig. 3 erreichbar ist. In das Gemisch können auch kleine Mengen eines Schmiermittels, z.B. in Form von Graphit, eingefügt werden, wie dies aus der Darstellung gemäss Fig. 5 hervorgeht, in welcher die Graphitteilchen mit 47 bezeichnet sind. Durch diese Grapliitteilchen wird die relative Bewegung zwischen den verhältnismässig schweren Teilchen 46 und dem elastomeren Material begünstigt und damit die Dämpfungswirkung erhöht.

Die Wirkung der Verringerung der Hystereseverluste bei den hohen Frequenzen kann auch durch die Auswahl eines elastomeren Materials mit einem glasigen Übergangsbereich verringert oder eliminiert werden, bei dem der Übergangsbereich

- 9 - oberhalb

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oberhalb der höchsten Frequenz des Frequenzganges für den ! Wandler 10 liegt. Es wurde festgestellt, dass Neopren einen verhältnismässig hohen glasigen Übergangsbereich hat und daher in vielen Fällen bei den hohen Frequenzen ausreichende Dämpfung bewirkt, so dass das Hinzufügen der schweren Materialteilchen 46 entfallen kann. Die Art des verwendeten Materials sowie der gewünschte Frequenzgang geben den Ausschlag für den endgültigen Aufbau des Wandlers 10.

Das Dämpfungeelement erhöht neben seiner Dämpfungswirkung auch die Masse des piezoelektrischen Treibers 15 und begünstigt damit das Gewiohtsverhältnis zwischen dem Treiber 15 und der Membran 13· Dieses verbesserte Gewichtsverhältnis bewirkt eine engere Kopplung bei tieferen Frequenzen. Somit kann es für einige Anwendungsfälle wünschenswert sein, zur Mas senvergrö β serving des piezoelektrischen Treibers 15 relativ schwere Teilchen 46 dem Dämpfungselement 47 beizumischen, obwohl das für das Dämpfungeelement 17 ausgewählte Material genügend Dämpfung bei hohen Frequenzen bewirkt.

Das Hinzufügen des Dämpfungselementes 17 zum piezoelektrischen Treiber 15 erniedrigt die Grundresonanzfrequenz dieses Treibers 15 und in einem geringeren Umfang auch der Membran 15· Aus Fig. 3 kann man entnehmen, dass der Übergang 51 in den flachen Teil der Resonanzkurve 50 etwas unterhalb des Maximums 21 für die Grundfrequenz liegt. Der Durchmesser und die Dicke des Dämpfungselementes 17 sollten derart abgestimmt sein, dass die Resonanzfrequenz des kombinierton piezoelektrischen Elementes 16 und des Dämpfungselementes 17 auf einen Funkt unterhalb der Grundresonanzfrequenz dee piezoelektrischen Elementes 16 (Maximum 21) erniedrigt wird, so dass die Kurve 50 bei den tieferen· Frequenzen ateil abfällt, wie in Fig. 3 dargestellt.

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Venn die Resonanzfrequenz des Treibers zu hoch liegt, bewirkt er eine Überhöhung des Maximums 21 und ein . zu hohes Ausgangssignal, bei den niederen Frequenzen, wobei sich die Resonanzkurve nicht weit genug in den Bereich der niederen Frequenzen erstreckt. Wenn die Resonanzfrequenz des Treibers 15 zu stark abgesenkt wird, wird die Kurve 50 bei den unteren Frequenzen zu flach und steigt mit einem zu geringen Winkel an. Somit lässt sich durch sorgfältiges Auswählen des Durchmessers, der Dicke und der Masse des Dämpfungselementes 17 der gewünschte flache Verlauf der Frequenzkurve für den Wandler 10 einstellen und etwas in den Bereich der niederen Frequenzen erstrecken. Durch die sorgfältige Auswahl der Art und der Dicke des Materials sowie der Anzahl der Teilchen 4-6 kann die Dämpfung beeinflusst werden, um eine im wesentlichen im gewünschten Frequenzband flach verlaufende Resonanzkurve einzustellen. Das Dämpfungselement 1? kann auch eine Ringform aufweisen, wobei die Dämpfung der hohen Frequenzen durch die Auewahl der Grosse des inneren Durchmessers eingestellt werden kann, da die Dämpfung der hohen Frequenzen hauptsächlich im Zentrum des piezoelektrischen Treibers 15 erfolgt.

Auch der Hohlraum 12 des Gehäuses 11 weist eine Resonanzfrequenz auf, welche in einzelnen Fällen im Bereich des gewünschten Frequenzganges des Wanders 10 liegt. Bei dieser Resonanzfrequenz des Hohlraumes besteht eine Tendenz, von dem Wandler abgegebene Ausgangsener?ie zu absorbieren, so dass sich eine nicht dargestellte Einkerbung in der Kurve 50 des Frequenzganges gemäss Fig. 3 ergeben kann. Um diesen Verlust der Ausgangsleistung und die dadurch bedingten Störungen zu unterdrücken, wird ein akustische Energie absorbierendes Material in dem Hohlraum 12 zwischen dem Gehäuse 11 und der Membran 13 angeordnet, wobei dieses Material bei der vorliegenden Ausführungsform als ringförmiger Teil 55 aus Schaumgummi besteht. Durch diesen dämpfenden Teil 55 wird die Hohl-

- 11 - raumresonanz

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raumresonanz verändert, d.h. diet Güte Q des Hohlraumes 12 erniedrigt, womit im wesentlichen die Absorbtion der Ausgangsenergie und damit die Einkerbung der Übertragungskurve 50 eliminiert wird. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass dieses Dämpfungsmaterial nur dann Verwendung findet, wenn die Hohlraumresonanz im Bereich des gewünschten Übertragungsfrequenzbandes liegt, wobei es auch möglich sein kann, auf dieses akustische Energie absorbierende Material zu verzichten, da dieselbe Wirkung durch eine spezielle Formgebung des akustischen Wandlers erreicht wird.

Somit ergibt sich durch die Massnahmen der Erfindung ein piezoelektrischer Wandler, dessen Übertragungsfrequenzgang in dem interessierenden Übertragungsfrequenzbereich im wesentlichen flach verläuft. Dabei ist es gleichgültig, ob der Wandler mit einem mechanischen Signal erregt wird und elektrische Energie abgibt oder umgekehrt. Durch die Verwendung geeigneter Dämpfungselemente ist es möglich, den Übertragungsfrequenzgang in geeigneter Weise zu gestalten, so dass man neben einer flachen Kurve für den Frequenzgang eine bessere Kopplung bei niederen Frequenzen und damit ein besseres elektro-dynamisches Treibersystem für Wandler erhält.

- 12 - Schut ζ ansprüche

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Claims

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DIPL.-INQ, LbO FLEUCHAUS ·..·' DR.-INQ. ΗΑΝβ LEYH

DIPL.-ING. ERNST RATHMANN

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MOtIOPOIa₁ InO* Mtkhlomtr. 42

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Sohutzansprüche

1. Akustischer Wandler zur Umwandlung elektrischer Energie in akustische Energie und umgekehrt mit einem im wesentlichen flachen piezoelektrischen Element, das auf seinen Hauptflächen mit Elektroden zur Erregung als planarer Biegeschwinger belegt ist, wobei während der planeren Biegeschwingung in den Hauptflächen verlaufende Knotenlinien entstehen, und mit einer konisch geformten Membran, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine einem ersten Oberton der Grundschwingung zugeordnete Knotenlinie (28, 29) in den Hauptflächen verläuft, dass die Membran einen pyramidenstumpfförmigen Scheitel mit im wesentlichen kreisförmiger Fläche aufweist, deren Durchmesser kleiner als der Abstand der Knotenlinien des ersten Obertones ist, und dass die Scheitelfläche der Membran fest mit dem piezoelektrischen Element im wesentlichen zentrisch innerhalb der Knotenlinien des ersten Obertons verbunden ist.

2. Akustischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Element im wesentlichen als flache Scheibe ausgeführt ist, und dass die Knotenlinien des ersten Obertones

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einen konzentrisch zum pyramidenstumpfförmlgen Scheitel der Membran verlaufenden kreisförmigen Bereich begrenzen.

3. Akustischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Element aus zwei piezoelektrischen¹Materialscheiben besteht, die parallel zueinander verlaufen und sowohl auf den freiliegenden Oberflächen als auch zwischen den aufeinanderliegenden Flächen Elektroden aufweisen.

4· Akustischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem piezoelektrischen Element auf der der Membran gegenüberliegenden Seite ein Dämpfungselement verbunden ist.-

5. Akustischer Wandler nach Anspruch 4, der zur Erniedrigung der Resonanzfrequenz der Grundschwingung und zur Dämpfung der Resonanzüberhöhung dadurch gekennzeichnet ist, dass hierfür das Dämpfungselement sowohl bezüglich seiner Flächengrösse als auch seiner Dicke abgestimmt ist.

6. Akustischer Wandler nach Anspruch 4, dadurch g e -kennz eichnet, dass das Dämpfungselement zumindest teilweise aus Gummi besteht.

7. Akustischer Wandler nach Anspruch 6, dadurch g e -kennze lehnet, dass der Gummi einen glasigen Übergangsbereich aufweist, der die Frequenz des ersten Obertons in^ etwa einschliesst.

8. Akustischer Wandler nach Anspruch 6, dadurch g ekennzeichnet, dass der Gummi Neopren enthält.

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.9. Akustischer Wandler n^ach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Material des Dämpfungselementes Teile eines verhältnismässig schweren Materials vermischt sind, um eine Reibungsdämpfung bei hohen Betriebsfrequenzen zu bewirken.

10. Akustischer Wandler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile aus einem verhältnismässig schweren Material,vorzugsweise Blei, mit einer Grosse von näherungsweise 100 Maschen bestehen, wobei etwa ein Gewichtanteil Gummi auf drei Gewichtanteile Blei kommt.

11. Akustischer Wandler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Dämpfungsei "jmenteε Teilchen eines trockenen Schmiermittels umfasst, welches mit den verhältnismässig schweren Materialteilchen vermischt ist, um die relative Beweglichkeit zwischen den schweren Materialteilchen und dem Gummi bei hohen Frequenzen zu vergrö'ssern.

12. Akustischer Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement über die äusseren Kanten des piezoelektrischen Elementes ragt, um dieses bei den niederen Betriebsfrequenzen weiter zu dämpfen.

15. Akustischer Wandler nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet, dass die vereinigte Masse des piezoelektrischen Elementes und des Dämpfungselementes im wesentlichen grosser als die Masse der Membran ist.