FR2574610A1 - Piezoelectric loudspeaker - with two weights joined by viscoelastic layers and connecting rod - Google Patents
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Abstract
Description
Eléments piézoélectriques vibrants et transducteurs piézoélectriques électroacoustiques utilisant de tels éléments
La présente invention concerne un élément piézoélectrique vibrant ou oscillsnt possédant une plaque (ou un diaphrag- me) piézoélectrique vibrante, utilisée pour un transducteur électroacoustique et un transducteur piézoélectrique électroacoustique, dans lequel un tel élément piézoélectrique vibrant est utilisé.Vibrating piezoelectric elements and electroacoustic piezoelectric transducers using such elements
The present invention relates to a vibrating or oscillating piezoelectric element having a vibrating piezoelectric plate (or diaphragm) used for an electroacoustic transducer and an electroacoustic piezoelectric transducer, wherein such a vibrating piezoelectric element is used.
Les céramiques comprennent de nombreux matériaux nouveaux dignes d'attention. Entre autres on s'intéresse mainte-nant beaucoup à une plaque piézoélectrique vibrante (ou un dia phragme) formée en un matériau céramique fortement piézoélectrique ayant un effet piézoélectrique et qui présente une action excellente de conversion électromécanique ou mécanoélectrique.Dans de nombreux cas, la plaque piézoélectrique vibrante connue comporte une seule tôle mince, sur une face ou sur les deux faces de laquelle se trouvent déposés, en couches, une ou plusieurs feuilles piézoélectriques constituées t par un élément circulaire mince d'un diamètre de 20 à 30 mm et d'un ma matériau céramique fortement piézoélectrique, constitué par du zirconium, du titanate de plomb, etc, et une surface formant électrode ménagée sur la surface de ladite plaque de manière à réaliser une polarisation. La figure 12, annexée à la présente demande, est une vue en coupe montrant le déplacement de base d'une plaque piézoélectrique vibrante 1 possédant la structure à trois feuilles et désignée comme étant bimorphe.Lorsqu'une tension de signal e est appliquée entre les surfaces formant électrodes des feuilles piézoélectriques 2a et 2b et une tôle 3, il apparaît des contraintes de dilation/de contraction dans les feuilles piézoélectriques 2a et 2b, dans des sens opposés, et ces contraintes sont à leur tour transformées en contraintes de cisaillement agissant entre ces feuilles et la tôle 3, ce qui fait apparaît une force vibro-motrice verticale F. Ceramics include many new materials worthy of attention. Among other things, much interest is now being given to a vibrating piezoelectric plate (or diaphragm) formed of a highly piezoelectric ceramic material having a piezoelectric effect and having an excellent electromechanical or mechanoelectric conversion action. In many cases, the known vibrating piezoelectric plate comprises a single thin sheet, on one side or on both sides of which are deposited, in layers, one or more piezoelectric sheets constituted t by a thin circular element with a diameter of 20 to 30 mm, and a highly piezoelectric ceramic material, consisting of zirconium, lead titanate, etc., and an electrode surface formed on the surface of said plate so as to provide polarization. Fig. 12, appended to the present application, is a sectional view showing the basic displacement of a vibrating piezoelectric plate 1 having the three-leaf structure and designated as bimorph.When a signal voltage e is applied between the electrode surfaces of the piezoelectric sheets 2a and 2b and a sheet 3, dilation / contraction stresses appear in the piezoelectric sheets 2a and 2b in opposite directions, and these stresses are in turn transformed into shear stresses acting between these leaves and the sheet 3, which makes appear a vertical vibro-motor force F.
Si le bord extérieur est supporté par un support 4, alors l'élément 1 est soumis à un mode de vibration de référence sembla ble à une lentille convexe et selon lequel la partie centrale vibre avec l'solitude maximale. Le son sortant produit par une telle force vibromotrice F peut être utilisé pour les générateurs acoustiques de vibreurs piézoélectriques, d' appareils produisant des indicatifs musicaux ou mélodieux, de sonneries dwalarre, etc.Sinon, comme oela est illustré sur la figure 13 annexée à la présente demande, la plaque piézoélectrique vibrante 1 peut être logée dans un boîtier 10 et peut être réunie en son centre au sommet d'un radiateur acoustique 5, prévu pour son entraînenent, de manière à constituer ainsi un haut-parleur de petites dimensions, etc.If the outer edge is supported by a support 4, then the element 1 is subjected to a reference vibration mode similar to a convex lens and according to which the central part vibrates with maximum solitude. The outgoing sound produced by such a vibrating force F can be used for the acoustic generators of piezoelectric vibrators, apparatus producing musical or melodic indicative, of falconer ringtones, etc. Alternatively, as illustrated in FIG. 13 appended to FIG. In this application, the vibrating piezoelectric plate 1 can be housed in a housing 10 and can be joined at its center at the top of an acoustic radiator 5, provided for its training, so as to thus constitute a small speaker, etc. .
Comme cela est bien connu dans la technique, une céramique piézoélectrique possède un module d'élasticité sensiblement comparable à celui du cristal de quartz (E = 83 x 109(N/m2)). As is well known in the art, a piezoelectric ceramic has a modulus of elasticity substantially comparable to that of the quartz crystal (E = 83 × 109 (N / m 2)).
La plaque piézoélectrique vibrante 1 obtenue par le dépôt en couches superposées de ces éléments minces sur la tôle 3 possède des propriétés physiques exprimées sous la forme d'une perte interne réduite et d'un facteur Q élevé (sensibilité a la résonance). Pour ces raisons, cette plaque possède un pic de résonance accusé et sa fréquence de résonance fO est en général située dans la gamme des hautes fréquences entre environ 2 et 5 kHz. Cependant, étant donné que la céramique est fragile et qu'il est difficile de la réaliser sous une forme mince, il est dans la pratique difficile de réduire la fréquence de résonance fO, et ceci n'est pas économique.The vibrating piezoelectric plate 1 obtained by the superimposed deposition of these thin elements on the sheet 3 has physical properties expressed in the form of a reduced internal loss and a high Q factor (resonance sensitivity). For these reasons, this plate has an acknowledged resonance peak and its resonance frequency f0 is generally in the high frequency range between about 2 and 5 kHz. However, since the ceramic is fragile and difficult to make in a thin form, it is in practice difficult to reduce the resonance frequency f0, and this is not economical.
L'observation du phénomène de vibration de la plaque piézoélectrique vibrante 1 à proximité de la fréquence de résonance révèle que, comme cela est représenté sur la figure 14 annexée a la présente demande, elle présente une caractéristique d'amplitude constante (d1) dans la zone de rigidité en cours de déplacement, sur le côté des basses fréquences par rapport au pic de résonance f01 et une caractéristique de vitesse constante (vl) dans la zone de déplacement à inertie sur le côté des hautes fréquences. On considère alors le déplacement d'un haut-parleur de petites dimensions, représenté sur la figure 13,sur la base d'un schéma équivalent représenté sur la figure 15 annexée a la présente demande.Alors les inpédulces mécaniques z1 et z0 de la plaque piézoélec trique vibrante 1 et l'émetteur ou radiateur acoustique en forme de cône 5 forment ensemble un circuit série. En outre l'impédance z1 est nettement supérieure à z0. C'est pour ces raisons que la vitesse vO de déplacement dans le radiateur acoustique de forme conique 5 est entièrement régiepar z1 de sorte que le détachement de l'émetteur 5 est semblable à celui illustré sur la figure 14. The observation of the vibration phenomenon of the vibrating piezoelectric plate 1 near the resonance frequency reveals that, as shown in FIG. 14 appended to the present application, it exhibits a characteristic of constant amplitude (d1) in the stiffness zone during displacement, on the low frequency side with respect to the resonance peak f01 and a constant speed characteristic (vl) in the inertia displacement zone on the high frequency side. The displacement of a small-sized loudspeaker, shown in FIG. 13, is then considered on the basis of an equivalent diagram represented in FIG. 15 appended to the present application. Then the mechanical components z1 and z0 of the plate Piezoelectric vibrator 1 and the transmitter or acoustic radiator 5 cone form together a series circuit. In addition, the impedance z1 is clearly greater than z0. It is for these reasons that the moving speed vO in the conical acoustic radiator 5 is entirely governed by z1 so that the detachment of the emitter 5 is similar to that illustrated in FIG.
Conformément à la théorie acoustique, lorsque l'on désire qu'un émetteur ou radiateur acoustique rayonne une pression acoustique constante dans une certaine bande dans un espace libre, il est en principe nécessaire que le radiateur a coustique vibre à une vitesse constante. C'est pourquoi, en se référant aux caractéristiques de pression acoustiques de rayonnement du haut-parleur classique de petites dimensions de la figure 13, on obtient une pression acoustique relativement élevée sur le côté des hautes fréquences par rapport à la fréquence de résonance fO, mais sur le côté des basses fréquences, la pression acoustique de sortie chute fortement en fonction de la fréquence.Comme cela a été mentionné précédemment, étant donné que la fréquence de résonance fO de la plaque piézoélectrique vibrante est comprise entre environ 2 et 5 kHz, la tonalité du son reproduit devient mauvaise. Ceci est dû au fait que la zone à haute fréquence seule fait l'objet de contraintes et que la zone des basses fréquences est déficiente. En outre, étant donné que les feuilles piézoélectriques 2a et 2b possè- dent un facteur de qualité Q élevé, la fréquence de résonance f0 est associée un pic de résonance accusé, et il se produit des réponses irrégulières avec l'apparition fréquente de déformations correspondant à des harmoniques élevés,et le niveau de pression acoustique de sortie chute dans les gammessdes moyennes fréquences et des basses fréquences. Le haut-parleur obtenu n'a aucune utilisation générale.Afin d'obvier à de tels inconvénients, il R été proposé jusqu'alors d'une part de réduire fO moyennant l'utilisation d'une plaque piézoélectrique vibrante spéciale de grandes dimensions et d'autre part d'ap pliquer une résine visco-élastique sur la surfsce des feuilles piézoélectriques 2a et 2b ou au voisinage du support 4, de manière à réduire le facteur Q. Cependant ceci ne constitue qu'un moyen inefficace et on s'attend à ce qu'il soit peu efficace,
Ceci est dû au fait que z1 est trop élevée et que la fréquence de résonance f01 se trouve à proximité de la limite supérieure de la gamme audible (3 à 5 kHz). Pour l'essentiel il n'est absolument pas possible de commander librement cette fréquence à l'aide de moyens classiques.According to the acoustic theory, when it is desired that an acoustic transmitter or radiator radiates a constant acoustic pressure in a certain band in a free space, it is in principle necessary for the radiator to vibrate at a constant speed. Therefore, with reference to the acoustic radiation pressure characteristics of the small conventional loudspeaker of FIG. 13, a relatively high acoustic pressure is obtained on the high frequency side with respect to the resonance frequency f0, but on the low frequency side, the output sound pressure drops strongly depending on the frequency. As mentioned previously, since the resonant frequency f0 of the vibrating piezoelectric plate is between about 2 and 5 kHz, the tone of the reproduced sound becomes bad. This is because the high frequency area alone is under stress and the low frequency area is deficient. Further, since the piezoelectric sheets 2a and 2b have a high quality factor Q, the resonance frequency f0 is associated with a resonance peak, and irregular responses occur with the frequent occurrence of corresponding deformations. at high harmonics, and the output sound pressure level drops in mid-frequency and low-frequency ranges. The loudspeaker obtained has no general use. In order to obviate such drawbacks, it has been proposed hitherto, on the one hand, to reduce fO by the use of a special large piezoelectric vibrating plate and on the other hand to apply a viscoelastic resin on the surface of the piezoelectric sheets 2a and 2b or in the vicinity of the support 4, so as to reduce the factor Q. However this is only an ineffective means and it s' expects it to be inefficient,
This is because z1 is too high and the resonant frequency f01 is near the upper limit of the audible range (3 to 5 kHz). Essentially it is absolutely not possible to freely control this frequency using conventional means.
Un premier but de la présente invention est de fournir un élément piézoélectrique vibrant agencé de manière à accroître une pression acoustique de sortie dans une zone à basse fréquence, moyennant l'utilisation d'une plaque piézoélectrique vibrante normale, qui possède des dimensions relativement faibles et est d'une fabrication aisée, ce qui permet de donner une allure plate de la variation de la pression acoustique. A first object of the present invention is to provide a vibrating piezoelectric element arranged so as to increase an output acoustic pressure in a low frequency zone, by means of the use of a normal vibrating piezoelectric plate, which has relatively small dimensions and is easy to manufacture, which gives a flat appearance of the variation of the sound pressure.
Un second but de la présente invention consiste à fournir un transducteur de type piézoélectrique moyennant l'utilisation d'un tel élément piézoélectrique vibrant, qui possède un niveau de pression acoustique de sortie comparable a celui du transducteur a bobine mobile du type a aimant permanent, fournit des caractéristiques acoustiques satisfaisantes dans une zone de reproduction de la gamme acoustique audible, sans l'apparition de pics nuisibles, possède une forme plate et mince et un poids réduit. A second object of the present invention is to provide a piezoelectric type transducer by using such a vibrating piezoelectric element, which has an output sound pressure level comparable to that of the moving coil transducer of the permanent magnet type, provides satisfactory acoustic characteristics in a reproduction area of the audible acoustic range, without the occurrence of harmful spikes, has a flat, thin shape and reduced weight.
Un troisième but de la présente invention est de fournir un haut-parleur piézoélectrique destiné à être utilisé dans une gamme étendue et qui inclut une pluralité d'élements piézoélectriques vibrants et un radiateur acoustique de type conique sur la pointe duquel ces éléments sont raccordés par l'intermédiaire des connecteurs associés, de manière à réaliser une superposition réciproque des forces vibro-motrices, lesdites forces étant obtenues par division de la gamme de reproduction. A third object of the present invention is to provide a piezoelectric loudspeaker for use in a wide range and which includes a plurality of vibrating piezoelectric elements and a conical type acoustic radiator on the tip of which these elements are connected by means of intermediate of the associated connectors, so as to perform a reciprocal superposition of the vibro-motor forces, said forces being obtained by division of the reproduction range.
Afin d'atteindre l'objectif indiqué précédemment, la présente invention fournit un élément piézoélectrique vibrant, dans lequel un poids est raccordé à proximité du sens de gravité de la plaque piézoélectrique vibrante au moyen d'une couche visco-élastique, de telle sorte que la force vibro-motrice ou l'oscillation de déplacement de ladite plaque piézoélectrique vibrante est prélevée principalement sur le bord extérieur de ladite plaque. In order to achieve the aforementioned objective, the present invention provides a vibrating piezoelectric element, wherein a weight is connected near the direction of gravity of the vibrating piezoelectric plate by means of a viscoelastic layer, so that the vibro-motor force or the displacement oscillation of said vibrating piezoelectric plate is taken mainly from the outer edge of said plate.
Conformément à la présente invention, il est également prévu un haut-parleur piézo-électrique comportant une pluralité d'éléments piezo tlectriques vibrants, qui sont raccordés les uns aux autres au niveau de leurs extrémités périphériques par l'intermédiaire de connecteurs, l'un desdits éléments étant raccordé sur son bord périphérique directement à un radiateur acoustique de manière à lui transmettre une force vibro-motrice principalement dans une zone à haute fréquence, tandis que les autres éléments, qui en sont voisins, produisent une force vibro-motrice apte à être répartie entre des zones à moyenne fréquence et à basse fréquence, en vue de leur excitation. In accordance with the present invention, there is also provided a piezoelectric loudspeaker having a plurality of vibrating piezoelectric elements, which are connected to each other at their peripheral ends via connectors, one of which said elements being connected on its peripheral edge directly to an acoustic radiator so as to transmit to it a vibro-motor force mainly in a high-frequency area, while the other elements, which are adjacent thereto, produce a vibro-motor force capable of be divided between medium frequency and low frequency zones, with a view to their excitation.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après, prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels
- la figure 1 est un schéma équivalent de l'élément piézoélectrique vibrant conforme à la présente invention
- la figure 2 est un schéma équivalent dans lequel l'impédance variable z2 de la figure 1 est représentée sous la forme d'éléments parallèles ayant une masse d'inertie m2 et des résistances visco-élastiques c2 et r2
- la figure 3 est une vue représentant concrétement la structure de base de l'élément piézoélectrique conforme a la présente invention
- la figure 4 est un schéma caractéristique de l'élément piézoélectrique représenté sur la figure 3
- les figures 5a à 5f sont des vues montrant plusieurs formes de réalisation des éléments piézoélectriques vibrants, dans chacun desquels un poids 7 est raccordé à une plaque piézoélectrique vibrante par l'intermédiaire d'une couche visco élastique
- les figures 6a et 6b sont des vues montrant les élé- ments piézoélectriques vibrants conformes à la présente invention, dans lesquels un tampon est inséré entre un poids ou une plaque piézoélectrique vibrante et un organe de fixation
- la figure 7 est une vue en plan de la plaque piézoélectrique vibrante, dont la partie périphérique est munie intérieurement d'une pluralité de fentes de subdivision ;
- les figures 8 à 10 sont des vues montrant des exemples de transducteurs électroacoustiques, dans lesquels l'élément piézoélectrique vibrant est utilisé ;;
- les figures îla et lîb sont respectivement une vue en coupe et une vue en plan d'exemples d'autres transducteurs électroacoustiques, dans lesquels l'élément piézoélectrique vibrant de la présente invention est utilisé ;
- la figure 12, dont il a déjà été fait mention, est une vue type montrant le déplacement de base de la plaque piézoélectrique vibrante
- la figure 13, dont il a déjà été fait mention, est une vue montrant la structure d'un haut-parleur de petites dimensions, dans lequel la plaque piézoélectrique vibrante de la figure 12 est utilisée
- la figure 14, dont il a déjà été fait mention, est une vue montrant les caractéristiques de la plaque piézoélectrique vibrante de la figure 12
- la figure 15, dont il a déjà été fait mention, représente un schéma équivalent du haut-parleur de petites dimensions, de la figure 13
- la figure 16 est une vue montrant les caractéristiques du haut-parleur de petites dimensions de la figure 13
- la figure 17 est une vue en Coupe montrant un hautparleur piézoélectrique réalisé avec une pluralité d'éléments piézoélectriques vibrants
- les figures 18 et 19 sont des schémas caractéristiques illustrant les tensions de signal appliquées aux éléments piezoélectriques vibrants situés dans le haut-parleur piézoélectrique de la figure 17, et la pression acoustique synthé tissée des éléments
- la figure 20 est une vue montrant un exemple du circuit de raccordement servant à produire les tensions de signal devant etre appliqué aux éléments piezoélectriques vibrants situés dans le haut-parleur piézoélectrique de la figure 17
- la figure 21A est une vue en coupe de l'élément piézoélectrique vibrant utilisé pour supprimer la vibration d'ondes stationnaires de cet élément et qui montre une autre forme de réalisation de la présente invention
- la figure 21B est une vue en plan illustrant l'autre mode de vibration de l'élément de la figure 21A
- la figure 22 est une vue montrant la caractéristique de réponse en fréquence de l'élément de la figure 21A, par rapport aux caractéristiques d'élements classiques
- la figure 23A est une vue en coupe de l'élément piézoélectrique vibrant utilisé pour supprimer la vibration d'ondesstationnaireset qui représente une autre forme de réalisa- tion de la présente invention
- la figure 23B est une vue en plan de la face arrière de la forme de réalisation de la figure 23A
- la figure 24A est une vue en coupe du haut-parleur de forme cônique de type piézoélectrique réalisé avec l'élé- ment piézoélectrique vibrant utilisé pour supprimer la vibration d' ondes stationnaires et qui présente une autre forme de réalisation de la présente invention
- la figure 24B est une vue en plan de la face arrière de l'élément de la figure 24A
- la figure 25A est une vue en coupe montrant l'élevé ment piézoélectrique vibrant de l'art antérieur
- la figure 25B est une vue en plan illustrant le mode de vibration de la figure 25A
- la figure 26 est une vue montrant la caractéristique de réponse, qui est fournie par l'onde stationnaire de l'élé ment piézoélectrique vibrant de la figure 25A
- les figures 27 à 29 sont
des vues en perspective et une vue en coupe montrant les parties formant l'élément piézoélectrique vibrant conformément à une autre forme-de réalisation de la présente invention
- la figure 30 est une vue en coupe de l'élément piézoélectrique vibrant, qui représente une autre forme de réalisé tion de la présente invention
- les figures 31 et 32 sont des schémas équivalents de l'élément piézoélectrique vibrant de la figure 30 et d'une partie de ce dernier
- la figure 33 est une vue en coupe montrant le hautparleur en forme de cône de type piézoélectrique réalisé en utilisant l'élément piézoélectrique vibrant de la figure 30
--les figures 34 et 35 sont respectivement une vue en coupe illustrant le mode de vibration de l'élément piézoélectrique de la figure 30 et une vue montrant les caractéristiques de réponse en fréquence de cet élément ; et
- la figure 36 est une vue en coupe montrant l'élément piézoélectrique vibrant conforme à une autre forme de réalisation de la présente invention.Other features and advantages of the present invention will emerge from the description given below, taken with reference to the appended drawings, in which
FIG. 1 is an equivalent diagram of the vibrating piezoelectric element according to the present invention
FIG. 2 is an equivalent diagram in which the variable impedance z2 of FIG. 1 is represented in the form of parallel elements having a mass of inertia m2 and viscoelastic resistances c2 and r2.
FIG. 3 is a view concretely representing the basic structure of the piezoelectric element according to the present invention;
FIG. 4 is a characteristic diagram of the piezoelectric element represented in FIG. 3
FIGS. 5a to 5f are views showing several embodiments of the vibrating piezoelectric elements, in each of which a weight 7 is connected to a vibrating piezoelectric plate via a visco elastic layer.
FIGS. 6a and 6b are views showing vibrating piezoelectric elements in accordance with the present invention in which a pad is inserted between a vibrating piezoelectric weight or plate and a fastener
FIG. 7 is a plan view of the vibrating piezoelectric plate, the peripheral portion of which is internally provided with a plurality of subdivision slots;
FIGS. 8 to 10 are views showing examples of electroacoustic transducers, in which the vibrating piezoelectric element is used;
Figs. 11a and 11b are respectively a sectional view and a plan view of examples of other electroacoustic transducers, in which the vibrating piezoelectric element of the present invention is used;
FIG. 12, of which reference has already been made, is a typical view showing the basic displacement of the vibrating piezoelectric plate
FIG. 13, which has already been mentioned, is a view showing the structure of a small-sized loudspeaker, in which the vibrating piezoelectric plate of FIG. 12 is used
FIG. 14, which has already been mentioned, is a view showing the characteristics of the vibrating piezoelectric plate of FIG. 12
- Figure 15, which has already been mentioned, represents an equivalent diagram of the small speaker, Figure 13
FIG. 16 is a view showing the characteristics of the small loudspeaker of FIG. 13
FIG. 17 is a sectional view showing a piezoelectric loudspeaker made with a plurality of vibrating piezoelectric elements
FIGS. 18 and 19 are characteristic diagrams illustrating the signal voltages applied to the vibrating piezoelectric elements located in the piezoelectric loudspeaker of FIG. 17, and the woven synthesized acoustic pressure of the elements.
FIG. 20 is a view showing an example of the connection circuit for producing the signal voltages to be applied to the vibrating piezoelectric elements in the piezoelectric loudspeaker of FIG. 17.
FIG. 21A is a sectional view of the vibrating piezoelectric element used to suppress stationary wave vibration of this element and showing another embodiment of the present invention.
FIG. 21B is a plan view illustrating the other mode of vibration of the element of FIG. 21A
FIG. 22 is a view showing the frequency response characteristic of the element of FIG. 21A, with respect to the characteristics of conventional elements
FIG. 23A is a sectional view of the vibrating piezoelectric element used to suppress the vibration of oscillators and shows another embodiment of the present invention.
FIG. 23B is a plan view of the rear face of the embodiment of FIG. 23A.
FIG. 24A is a sectional view of the piezoelectric type conical shaped loudspeaker made with the vibrating piezoelectric element used to suppress stationary wave vibration and which presents another embodiment of the present invention.
FIG. 24B is a plan view of the rear face of the element of FIG. 24A
FIG. 25A is a sectional view showing the vibrating piezoelectric high of the prior art
FIG. 25B is a plan view illustrating the vibration mode of FIG. 25A
FIG. 26 is a view showing the response characteristic, which is provided by the standing wave of the vibrating piezoelectric element of FIG. 25A.
- Figures 27 to 29 are
perspective views and a sectional view showing the portions forming the vibrating piezoelectric element in accordance with another embodiment of the present invention.
FIG. 30 is a sectional view of the vibrating piezoelectric element, which represents another embodiment of the present invention.
FIGS. 31 and 32 are equivalent diagrams of the vibrating piezoelectric element of FIG. 30 and part of the latter.
Fig. 33 is a sectional view showing the piezoelectric-type cone-shaped speaker constructed using the vibrating piezoelectric element of Fig. 30;
FIGS. 34 and 35 are respectively a sectional view illustrating the vibration mode of the piezoelectric element of FIG. 30 and a view showing the frequency response characteristics of this element; and
Fig. 36 is a sectional view showing the vibrating piezoelectric element according to another embodiment of the present invention.
Ci-après on va décrire les formes de réalisation préférues de la présente invention. Hereinafter, the preferred embodiments of the present invention will be described.
La présente invention a été mise en oeuvre avec le mode de vibration (sttitude) d'une plaque piézoélectrique vibrante (ou d'un diaphragme). La vitesse de l'amplitude de déplacement de la plaque 1 sur son pourtour extérieur prennent les valeurs minimales dans le mode en forme de lentille convexe et prennent les valeurs maximales dans le mode en forme de lentille conca- ve. On s'est assuré expérimentalement qu'un tel mode de vibration peut être aisément contrôlé à l'aide d'une impédance variable z2, de manière a appliquer une charge su niveau du centre de gravité. The present invention has been implemented with the vibration mode (sttitude) of a vibrating piezoelectric plate (or a diaphragm). The speed of the displacement amplitude of the plate 1 on its outer periphery takes the minimum values in the convex lens-shaped mode and takes the maximum values in the concave lens-shaped mode. It has been experimentally ascertained that such a mode of vibration can be easily controlled by means of a variable impedance z2, so as to apply a load on the center of gravity.
La figure 1 est un schéma équivalent du système vibrant oscillant, dans lequel z2 est introduite conformément a la pré sente invention. Le symbole z2 est inséré entre les points a et b définis entre zl et z0, constituant une charge pour ce sys- tème, et ce système est agencé de manière à maintenir une vitesse vO aussi constante que possible, ladite vitesse étant appliquée à la charge z0 sous l'action d'une force vibro-motrice F1 induite proportionnellement à une tension de signal appliquée e, par suite de la variation séquentielle de la réactance correspondant à la fréquence vibratoire. Figure 1 is an equivalent diagram of the oscillating vibrating system, in which z2 is introduced in accordance with the present invention. The symbol z2 is inserted between the points a and b defined between z1 and z0, constituting a load for this system, and this system is arranged to maintain a velocity v 0 as constant as possible, said velocity being applied to the load. z0 under the action of a vibro-motor force F1 induced proportionally to an applied signal voltage e, as a result of the sequential variation of the reactance corresponding to the vibratory frequency.
Comme cela est indiqué sur la figure 2, z2 est repro duitesous la forme d'éléments parallèles possédant une masse d'inertie m2 et des résistances visco-elastiques r1 et r2, et son impédance peut etre en général definiè par z1 z0 z2, bien que cette impédance soit variable en fonction des conditions requises comme par exemple la gamme de fonctionnement, la sensibilité de conversion, etc. As shown in FIG. 2, z2 is reproduced in the form of parallel elements having a mass of inertia m2 and viscoelastic resistors r1 and r2, and its impedance can be generally defined by z1 z0 z2, although that this impedance is variable depending on the required conditions such as the operating range, the conversion sensitivity, etc.
Cette forme de réalisation est représentée sur la figure 3. En se référant à un élément piézoélectrique vibrant 10 conforme à la présente invention, ce dernier possède une structure très simple, selon laquelle un poids 8 (m2) possédant une masse d'inertie m2 est réunie au point du centre de gravité (ou se trouve à proximité de ce point) d'une plaque piézoélectri- que vibrante, par l'intermédiaire de couches visco-élastiques 7 (c2, r2) qui sont placées sur un diaphragme qui est constitué en principe par un disque désigné comme étant de type bimorphe ou unimorphe et dans lequel les feuilles piézoélectriques 2a et 2b sont superposées en couches sur les deux faces d'une plaque métallique 3 ou sur une face de cette dernière. This embodiment is shown in FIG. 3. Referring to a vibrating piezoelectric element 10 according to the present invention, the latter has a very simple structure, according to which a weight 8 (m 2) having a mass of inertia m 2 is at the point of the center of gravity (or near this point) of a vibrating piezoelectric plate, via viscoelastic layers 7 (c2, r2) which are placed on a diaphragm which is constituted in principle by a disk designated as being of bimorph or unimorph type and in which the piezoelectric sheets 2a and 2b are superimposed in layers on the two faces of a metal plate 3 or on one face of the latter.
On va maintenant considérer le déplacement du pourtour extérieur 9 provoqué par l'application d'une tension de signal e entre les surfaces des électrodes 2a, 2b et la plaque métallique 3. Dans une plage à bassesfréquences(dont les fréquences ne sont pas supérieures à 500 Hz), la plaque piézoélectrique vibrante est maintenue fortement dans sa partie centrale et prend le type en forme de lentille concave, si bien que le pourtour extérieur 9 vibre avec l'amplitude maximale, étant donné que Z2 se comporte comme la réactance de masse (m2 sur la figure 2).Dans une gamme de fréquences moyennes (allant de 500 kHz à 3 kHz), les réactances respectives des résistances visco-élastiques c2, r2 et la masse d'inertie m2 se rapprochent d'une même valeur, avec un léger accroissement de z2 et une suppression graduelle de la contrainte de retenue, de sorte que la ligne tangentielle de vibration se déplace vers le pourtour extérieur, ce qui fournit une amplitude de valeur moyenne. Dans une plage de hautes fréquences (non inférieures à 3 kHz), z2 se comporte principalement comme la résistance élastique c2 et la résistance visqueuse r2, ce qui entraîne une réduction considérable de la contrainte de retenue et permet le passage du mode de vibration au mode en forme de lentille convexe. We will now consider the displacement of the outer periphery 9 caused by the application of a signal voltage e between the surfaces of the electrodes 2a, 2b and the metal plate 3. In a low-frequency range (whose frequencies are not greater than 500 Hz), the vibrating piezoelectric plate is held strongly in its central part and takes the concave lens-shaped type, so that the outer periphery 9 vibrates with the maximum amplitude, since Z2 behaves like the mass reactance. (m2 in FIG. 2) .In a range of medium frequencies (ranging from 500 kHz to 3 kHz), the respective reactances of the viscoelastic resistors c2, r2 and the mass of inertia m2 are close to one and the same value, with a slight increase in z2 and a gradual suppression of the restraint constraint, so that the tangential line of vibration moves towards the outer periphery, which provides an amplitude of average value e. In a high frequency range (not lower than 3 kHz), z2 behaves mainly as the elastic resistance c2 and the viscous resistance r2, which results in a considerable reduction of the restraint stress and allows the transition from the vibration mode to the mode in the form of a convex lens.
A la fréquence de résonance f01, la résistance visqueuse r2 produit alors un effet de freinage empêchant efficacement la formation de tout pic de résonance. L3 figure 4 illustre les modes de vibration et les variations de z2 au niveau de trois points singuliers f001 f'01 et f01, parmi lesquels f00 est la fréquence de résonance d'un radiateur acoustique, f'01 est la fréquence de résonance résultant de l'addition de m2 constituant z2 à ml de la plaque piézoélectrique 1 (d'environ 1 kHz), et f01 est la fréquence de résonance du mode en forme de lentille convexe de la plaque piézoélectrique 1.La courbe zO sur la figure 4 est une courbe d'impédance au niveau du point d'entraînement du radiateur acoustique, et chute fortement à partir d'une fréquence moyenne jusqu'à f00. I1 en résulte que l'entrainemnet du radiateur est facilité, ce qui facilite l'obtention de la vitesse de vibration VO et augmente la partie constituant la gamme à basse fréquence. Le déplacement pré- cédent permet de commander le mode vibratoire de l'élément piézoélectrique vibrant 10 à l'aide de l'impédance variable z2 raccordée au voisinage du point correspondant au centre de. gravité de l'élément et d'atténuer de façon substantielle la vitesse vibratoire V0 et la pression acoustique de rayonnement
PO du radiateur acoustique, qui doivent être présentes sur le pourtour exterieur 9, comme représenté sur la figure 4.At the resonant frequency f01, the viscous resistance r2 then produces a braking effect effectively preventing the formation of any resonance peak. L3 FIG. 4 illustrates the vibration modes and the variations of z2 at three singular points f001 f'01 and f01, among which f00 is the resonance frequency of an acoustic radiator, f'01 is the resonance frequency resulting from the addition of m2 constituting z2 to ml of the piezoelectric plate 1 (about 1 kHz), and f01 is the resonant frequency of the convex lens-shaped mode of the piezoelectric plate 1.The curve zO in FIG. an impedance curve at the drive point of the acoustic radiator, and drops sharply from an average frequency up to f00. As a result, the entrainemnet of the radiator is facilitated, which facilitates obtaining the vibration velocity VO and increases the portion constituting the low frequency range. The preceding displacement makes it possible to control the vibratory mode of the vibrating piezoelectric element 10 by means of the variable impedance z2 connected to the vicinity of the point corresponding to the center of. the severity of the element and substantially attenuate the vibratory velocity V0 and the radiation sound pressure
PO of the acoustic radiator, which must be present on the outer periphery 9, as shown in Figure 4.
Une autre caractéristique importante de lielément piézoélectrique vibrant du disque conforme à- la présente invention réside dans le fait que, contrairement au procédé classique dans lequel une perte de résistance importante est intro-duite dans un circuit vibratoire de manière à atténuer les pics de résonance et de manière à obtenir des caractéristiques plates, le mode vibratoire est commandé sous l'action d'une réac- tance mecanique possédant une impedance variable et qui varie en fonction de la fréquence, de manière à fournir une vitesse vibratoire approximativement constante. Par conséquent, en raison de l'existence de pertes très réduites du circuit, le rendement du transducteur est accru à un degré extrême. Another important feature of the vibrating piezoelectric element of the disk according to the present invention lies in the fact that, in contrast to the conventional method in which a significant loss of resistance is introduced into a vibratory circuit so as to attenuate the resonance peaks and in order to obtain flat characteristics, the vibratory mode is controlled by the action of a mechanical impedance having a variable impedance and which varies according to the frequency, so as to provide an approximately constant vibratory speed. Therefore, due to the existence of very small circuit losses, the efficiency of the transducer is increased to an extreme degree.
Sur la figure 3, le poids 8 peut être constitué par une bille de plomb aplatie possédant un poids de 1 à 5 grammes, qui peut être subdivisée en deux parties destinées å être placées sur les deux faces de la plaque piézoélectrique vibrante 1, comme cela est indiqué par des lignes formées de tirets. Les couches visco-élastiques 7 (c2, r2) peuvent être également constitubes par des mélanges de différents caoutchoucs synthétiques possédant des propriétés visco-élastiques invariables, suffisantes pour soutenir de façon stable le poids 8 pendant le dé- placement, comme par exemple du caoutchouc butyle, du caoutchouc urèthane et du caoutchouc au silicone, avec des additifs permettant de régler la visco-élasticité, ou bien des feuilles en matériau mousse constituées par de tels composants.En réa- lité étant donné qu'il est difficile de mesurer la valeur de la visco-élasticite dynamique de ces matériaux, leur caractè- re approprié doit être évalué expérimentalement. De toutes manières il est souhaitable de choisir un matériau possédant une dépendance réduite vis-à-vis de la température. In FIG. 3, the weight 8 can be constituted by a flattened lead ball having a weight of 1 to 5 grams, which can be subdivided into two parts intended to be placed on both sides of the vibrating piezoelectric plate 1, as is indicated by dashed lines. The viscoelastic layers 7 (c 2, r 2) can also be constituted by mixtures of different synthetic rubbers having invariable viscoelastic properties, sufficient to stably support the weight 8 during displacement, such as for example rubber butyl rubber, urethane rubber and silicone rubber, with additives to adjust the viscoelasticity, or foamed sheets made of such components. In reality because it is difficult to measure the value the dynamic viscoselasticity of these materials, their suitability should be evaluated experimentally. In any case it is desirable to choose a material having a reduced dependence on temperature.
La figure 5(a) ou 5(b) représente la vue en coupe d'une autre forme de réalisation, ans laquelle le poids 8 est réuni par l'intermédiaire de la couche visco-élastique 7 à la plaque piézoélectrique vibrante 1 de l'élément piézoélectrique vibrant 10 conforme à la présente invention. Comme cela est illustré sur la figure 5(a), le poids 8 peut être réalisé sous 1 forme d'un fuseau' tronqué, lorsque l'on tient compte de la stabilité au déplacement et de l'adhérence de cette forme, et peut être monté sur une plaque métallique de type unimorphe.Comme cela est illustré sur la figure 5(e), le poids 8 peut posséder une forme tronconique, ce qui accroît la surface de contact effective de la couche visco-elastique 7 et abaisse son centre de gravité et par conséquent accroît sa stabilité. Sinon la figure 5(c) montre une autre forme de réalisation dans laquelle le poids 8 -est réalisé sous la forme d'un anneau et est fixé en position au moyen d'une couche visco-élastique 7 de forme sem blabla, ladite forme de réalisation étant conçue de manière à être appliquée à un poids relativement important.En se référant à la figure 5(e), on voit que le poids 8 est subdivise en une partie principale 8a et en une partie secondaire annulaire 8b, qui sont maintenues en position concentriquement a l'aide de couches visco-elastiques 7a et 7b, de manière à empêcher l'apparition d'ondes stationnaires à l'extérieur de la partie principale 8a.En se référant à la figure 5(f), on voit que le poids 8 et des couches visco-élastiques 7 sont disposés en couches alternées les uns sur les autres selon un mode subdivisé, de manière disperser effet de masse, ce qui permet le mode oscillatoire et à obtenir une caractéristique de planéité dans la gamme de déplacements. En se référant finalement à la figure 5(f), on voit qu'un tube mince 3(l) est disposé verticalement sur la plaque métallique 3 et que sur ce tube se trouve monté un poids tubulaire 8c, alors qu'une couche visco-élasti- que tubulaire 7c est insérée entre ce poids tubulaire et le tube afin de mettre à profit la contrainte de glissement, de manière à faire face à une amplitude conséquente. FIG. 5 (a) or 5 (b) shows the sectional view of another embodiment, in which the weight 8 is joined via the viscoelastic layer 7 to the vibrating piezoelectric plate 1 of the vibrating piezoelectric element 10 according to the present invention. As illustrated in FIG. 5 (a), the weight 8 can be realized in the form of a truncated spindle, when taking into account the displacement stability and adhesion of this shape, and can to be mounted on a unimorphed metal plate. As illustrated in FIG. 5 (e), the weight 8 may have a frustoconical shape, which increases the effective contact area of the viscoelastic layer 7 and lowers its center of gravity and therefore increases its stability. Otherwise FIG. 5 (c) shows another embodiment in which the weight 8 is made in the form of a ring and is fixed in position by means of a visco-elastic layer 7 of sem blabla shape, said form the embodiment being designed to be applied at a relatively large weight. Referring to Fig. 5 (e), it is seen that the weight 8 is subdivided into a main portion 8a and an annular abutment 8b, which are maintained in a concentric position using viscoelastic layers 7a and 7b, so as to prevent the appearance of standing waves outside the main part 8a. Referring to Figure 5 (f), we see that the weight 8 and the viscoelastic layers 7 are arranged in alternating layers in a subdivided manner, so as to disperse the mass effect, which allows the oscillatory mode and to obtain a flatness characteristic in the range of trips. Referring finally to FIG. 5 (f), it can be seen that a thin tube 3 (1) is arranged vertically on the metal plate 3 and that on this tube is mounted a tubular weight 8c, whereas a visco layer The tubular elastic member 7c is inserted between this tubular weight and the tube in order to take advantage of the sliding constraint so as to cope with a substantial amplitude.
Si cela est nécessaire, on peut insérer des tampons amortisseurs 16, 28 tels que ceux constitués par des mousses de caoutchouc uréthanne a simple expansion, entre le poids 8 ou le diaphragme piézoélectrique 1 et un organe de fixation 18 tel qu'un cadre de haut-parleur, comme cela est représenté sur les figures 6(R) et 6(b), afin de supprimer les vibrations parasites. If necessary, damping buffers 16, 28 such as those consisting of single expansion urethane rubber foams can be inserted between the weight 8 or the piezoelectric diaphragm 1 and a fastener 18 such as a top frame. as shown in Figs. 6 (R) and 6 (b) to suppress parasitic vibrations.
D'une manière gnéérale la plaque piézoélectrique 1 peut être réalisée sous la forme d'un anneau. Mais, conformément à la présente invention, la plaque piézoélectrique vibre selon le mode de base en forme de lentille concave, si bien qu'une contrainte de dilatation/contraction apparaît principalement sur les bords extérieurs, ce qui empêche la déformation de ce diaphragme. Ceci est la cause d'un accroissement de f01 et par conséquent de z1. A cet effet ce disque est réalisé par découpage avec l'aménagement d'un nombre approprié (6 à 8) de fentes radiales 24 dans son pourtour, tandis que la partie centrale 29, dans laquelle un matériau visqueux est avantageusement introduit, est conservée intacte.Ceci est efficace par le fait que, lors de la construction d'un appareillage de petites dimensions, tels que des microphones, des petits récepteurs, etc, grâce à l'application de la présente invention, z1 peut être réduite à un degré extrême, ce qui entraîne des réductions des constantes vibratoires du poids 8(m2) et des couches visco-élastiques (c2, r2), ce qui conduit à des améliorations dans la sensibilité de conversion et à une extension de la gamme de fonctionnement. Dans ce cas les surfaces formant électrodes des fentes 2 sont raccordéess à la partie centrale 23 de sorte que la réception d'une tension de signal est aussi simple que dans le cas d'un disque normal. In general, the piezoelectric plate 1 can be made in the form of a ring. However, in accordance with the present invention, the piezoelectric plate vibrates in the concave lens-like basic mode, so that a constraint of expansion / contraction occurs mainly on the outer edges, which prevents the deformation of this diaphragm. This is the cause of an increase of f01 and consequently of z1. For this purpose this disk is made by cutting with the arrangement of an appropriate number (6 to 8) of radial slots 24 in its periphery, while the central portion 29, in which a viscous material is advantageously introduced, is kept intact. This is effective in that, when constructing small equipment, such as microphones, small receivers, etc., through the application of the present invention, z1 can be reduced to an extreme degree resulting in reductions in vibrational constants of weight 8 (m2) and viscoelastic layers (c2, r2), leading to improvements in conversion sensitivity and range of operation. In this case the electrode surfaces of the slots 2 are connected to the central part 23 so that the reception of a signal voltage is as simple as in the case of a normal disk.
Ci-après, on va se référer maintenant à une forme de réalisation du transducteur électroacoustique, dans lequel l'élément piézoélectrique vibrant 10 conforme à la présente invention est utilisé. Sur la figure 8 on a représenté la forme de réalisation la plus typique d'un tel transducteur. Un radiateur acoustique 11 (m2) possédant la forme d'un dôme est supporté de façon à pouvoir osciller sur un boîtier extérieur 14, par l'intermédiaie d'un bord annulaire ondulé (cO, rO), le bord extérieur de l'élément 10 étant réuni au niveau de la zone de jonction 13 entre cet élément 10 et ce bord 12.Une tension de signal e est alors appliquée à une borne en vue de réaliser la commande. Préalablement, en tenant compte de la masse effective m2 de l'élément piézoélectrique vibrant 10, on détermine une compliance du bord (c0), et la fréquence de résonance f00 du radiateur acoustique 11 en forme de dôme est fixée à environ 200 a 300 Hz. Dans le cas d'une ouverture supérieure à une ouverture moyenne (50 à 100 mm), on peut insérer un tampon élastique conforme 16 entre le poids 8 et la base du carter extérieur 14, à des fins secondaires. Ceci correspond à c3, r8 sur la figure 8(a) et supprime une amplitude excessive du poids 8 m2 dans une gamme de basses fréquences, afin d'éliminer les vibrations parasites, ce qui apporte une contribution a la stabilisation. Hereinafter, reference will now be made to an embodiment of the electroacoustic transducer, wherein the vibrating piezoelectric element 10 according to the present invention is used. In Figure 8 there is shown the most typical embodiment of such a transducer. An acoustical radiator 11 (m2) having the shape of a dome is supported so as to be able to oscillate on an outer casing 14, through the intermediary of a corrugated annular edge (cO, rO), the outer edge of the element 10 being joined at the junction zone 13 between this element 10 and this edge 12.A signal voltage e is then applied to a terminal in order to carry out the command. Beforehand, taking into account the effective mass m2 of the vibrating piezoelectric element 10, a compliance of the edge (c 0) is determined, and the resonant frequency f 100 of the acoustic radiator 11 in the form of a dome is set at about 200 to 300 Hz. In the case of an opening greater than a mean opening (50 to 100 mm), a compliant elastic pad 16 may be inserted between the weight 8 and the base of the outer casing 14 for secondary purposes. This corresponds to c3, r8 in Figure 8 (a) and removes an excessive amplitude of 8 m2 in a low frequency range, in order to eliminate parasitic vibrations, which contributes to the stabilization.
Cette forme de réalisation est préférable en tant que hautparleur étanche à la pluie et pour l'équipement extérieur d'interphones, d'alarmes à synthèse~sonore, et analogues. S
La figure 9 représente une forme de réalisation simple fiée, dans laquelle la plaque piézoélectr-ique vibrante est utilisée directement en tant que radiateur sans avoir recours à un quelconque radiateur spécifique existant, ladite forme de réalisation étant principalement conçue pour être utilisée dans des ensembles combinés d'émetteurs/récepteurs téléphoniques.This embodiment is preferable as a rain-proof loudspeaker and for the exterior equipment of intercoms, synthetic alarms ~ sound, and the like. S
FIG. 9 shows a simple embodiment, in which the vibrating piezoelectric plate is used directly as a radiator without resorting to any existing specific radiator, said embodiment being primarily designed for use in combination assemblies telephone transmitters / receivers.
Etant donné que la gamme de transmissions pour les circuits téléphoniques est de l'ordre dè 300 Hz à 3,5 kHz, cette gamme peut être formée de la manière suivante. Par exemple on fixe un bord annulaire ondulé 17 au bord extérieur 9 de la plaque métallique 3 de la plaque piézoélectrique vibrante de manière à obtenir une compliance pour c0 et une fréquence de résonance faible f00 égale à environ 300 Hz. D'autre part la première fréquence de résonance f01 du mode en forme de lentille convexe de la plaque piézoélectrique vibrante 1 est déterminée comme étant égale à environ 3 kHz, avec un réglage précis réalisé à l'aide d'un circuit acoustique monté au verso.Un-filtre passebas avec une fréquence d'environ 3,5 kHz est formé par la capa cité d'une chambre avant 20 et l'inertance d'une ouverture 19 ménagée dans un capuchon 18, de manière à supprimer les sondes harmoniques élevées inutiles. Un tampon en forme d'éponge 16
(r3) est introduit entre le poids 8 et la face inférieure du boîtier extérieur 14 et sert à régler la commande du type vitesse et à empêcher toute altération aux basses fréquences, qui sinon, pourrait se produire lorsque le contact d'écouteur avec l'oreille n'est pas satisfaisant, ce qui améliore la netteté.Since the range of transmissions for telephone circuits is in the range of 300 Hz to 3.5 kHz, this range can be formed in the following manner. For example, a corrugated annular edge 17 is attached to the outer edge 9 of the metal plate 3 of the vibrating piezoelectric plate so as to obtain a compliance for c0 and a low resonant frequency equal to about 300 Hz. On the other hand, the first resonance frequency f01 of the convex lens-shaped mode of the vibrating piezoelectric plate 1 is determined to be equal to about 3 kHz, with a precise adjustment made using an acoustic circuit mounted in the back.A low-pass filter with a frequency of about 3.5 kHz is formed by the capacitance of a front chamber 20 and the inertance of an opening 19 in a cap 18, so as to eliminate unnecessary high harmonic probes. A sponge-shaped pad 16
(r3) is introduced between the weight 8 and the underside of the outer casing 14 and serves to adjust the speed-type control and to prevent tampering at low frequencies, which otherwise could occur when the earphone contact with the Ear is not satisfactory, which improves the sharpness.
La forme de réalisation de la figure 9 peut être utilisée essentiellement directement pour des microphones de téléphones.The embodiment of Figure 9 can be used essentially directly for telephone microphones.
Dans ce cas, on peut monter dans la chambre arrière 22 un amplificateur à circuits intégrés et un élément absorbant les surtensions, sfin d'accroître le niveau des appels. On comprendra que ces éléments peuvent être montés extérieurement. Cette forme de réalisation est d'une fiabilité et d'une commodité d'utilisation plus grandes et est moins bruyante, par rapport aux récepteurs classiques au carbone.In this case, an integrated circuit amplifier and an overvoltage absorbing element can be mounted in the rear chamber 22 in order to increase the level of the calls. It will be understood that these elements can be mounted externally. This embodiment is of greater reliability and convenience of use and is less noisy compared to conventional carbon receivers.
La forme de réalisation de la figure 10 est en général celle d'un haut-parleur du type conique, dans lequel un radiateur acoustique de type conique 25 est formé par moulage d'une feuille obtenue lors de la fabrication du papier ou bien formé par une feuille plastique et réunis de façon à pouvoir osciller à un cadre 27 par l'intermédiaire d'un bord annulaire ondulé 26. L'élément piezoélectrique vibrant est réuni, sur le bord extérieur 9, à la jonction 28 entre la partie supérieure du radiateur 25 et un dôme 29 et une tension de signal e est appliquée à sa borne de manière à commander le radiateur 25. The embodiment of FIG. 10 is generally that of a conical type loudspeaker, in which a conical type acoustic radiator 25 is formed by molding a sheet obtained during the manufacture of the paper or formed by a plastic sheet and joined so as to be able to oscillate to a frame 27 by means of a corrugated annular edge 26. The vibrating piezoelectric element is joined, on the outer edge 9, to the junction 28 between the upper part of the radiator 25 and a dome 29 and a signal voltage e is applied to its terminal so as to control the radiator 25.
Ce haut-parleur est utilisable de préférence dans des postes radio de poche de petites dimensions, des magnétophones du type à cassettes, etc, dans le cas où une tension leur est appliquée par un petit transformateur auto-élévateur de faibles dimensions, étant donné qu'il peut être réalisé avec un poids léger et une forme mince d'un ordre de grandeur ne dépassant pas 10 mm. Le haut-parleur peut être également remplacé par des haut-parleurs du type à aimants permanents, dans le cas où il souhaitable d'éviter toute fuite du flux magnétique.This loudspeaker is preferably used in small pocket radio sets, cassette tape recorders, etc., in the case where a voltage is applied to them by a small, small jackup transformer, since it can be produced with a light weight and a thin form of an order of magnitude not exceeding 10 mm. The loudspeaker can also be replaced by speakers of the permanent magnet type, in the case where it is desirable to avoid any leakage of the magnetic flux.
Dans la forme de réalisation de la figure 11, un radiateur acoustique 30 est constitué par une plaque plane en forme de mousse semi-rigide constituée par de la mousse de styrène, etc. Le radiateur acoustique 30 peut- posséder la forme rectangulaire (possédant un rapport longueur/largeur d'environ 4 à 3), l'extrémité marginale étant bloquée sur un cadre 32 par l'intermédiaire d'un organe mou en forme de mousse 31.Le centre Q de l'élément piézoélectrique vibrant 10 est fixé en position en un emplscenent donné sélectionné, pour lequel. les distanceRjusqu'au niveau des bords d'extrémité du-radiateur 30 diffèrent de- préférence suivant la direction angulaire, de telle sorte que des ondes stationnaires apparaissant fréquemment sur une fréquence spécifiques sont dispersées. On compren dra que l'élément piézoélectrique vibrant 10 est monté dans une ouverture du radiateur acoustique 30 et y est fixée sur son pourtour. La sensibilité et la qualité acoustique de ce hautparleur simple sont inférieures à celles du haut-parleur de type conique tel que représenté sur la figure 10.Cependant il convient mieux pour être utilisé dans un génerateur acoustique simple devant etre monté dans des instruments de musique électroniques ou dans des jouets. In the embodiment of Figure 11, an acoustic radiator 30 is constituted by a flat plate shaped semi-rigid foam consisting of styrene foam, etc. The acoustic radiator 30 may have the rectangular shape (having a length / width ratio of about 4 to 3), the marginal end being locked on a frame 32 via a foam-shaped soft member 31. The center Q of the vibrating piezoelectric element 10 is fixed in position at a selected given location, for which. the distances up to the radiator end edges 30 preferably differ in the angular direction, so that standing waves frequently appearing on a specific frequency are scattered. It will be understood that the vibrating piezoelectric element 10 is mounted in an opening of the acoustic radiator 30 and is fixed thereto. The sensitivity and sound quality of this single speaker are lower than those of the conical speaker as shown in Figure 10. However, it is best suited for use in a simple acoustic generator to be mounted in electronic musical instruments. or in toys.
Comme cela a été mentionné précédemment, l'élément piézoélectrique vibrant selon les formes de réalisation de la présente invention possède un poids qui est réunit su voisinage du centre de gravité d'une plaque piézoélectrique par l'intermédiaire d'une couche visco-élastique. Dans une gamme de sons graves, ce poids agit en tant que masse d'inertie, si bien que le diaphragme piézoélectrique est soumis à une forte contrainte au niveau de sa partie centrale, et prend par conséquent le mode en forme de lentille concave, les bords les plus extérieurs vibrant à une amplitude maximale, ce qui produit une pression acoustique supérieure dans cette gamme.Dans une gamme de hautes fréquences la présence de la couche visco-élastique contribue à réduire la valeur de la contrainte appliquée à la partie centrale de la plaque piezoélectrique, de sorte que la fréquence du signal augmente et que cette plaque est entraînée avec la vitesse constante désirée. En outre la vibration est limitée au niveau de la fréquence de résonance de la plaque piézoélectrique, par la résistance visqueuse de la couche visco-électrique, qui a pour effet que l'on obtient une pression acous- tique de sortie plate, dans une gamme allant des basses fréquences aux fréquences élevées. A cela s'ajoute le fait que les pertes du circuit sont réduites ou limitées, de sorte que l'on obtient une conversion électricité-son efficace. As previously mentioned, the vibrating piezoelectric element according to the embodiments of the present invention has a weight which is united in the vicinity of the center of gravity of a piezoelectric plate via a viscoelastic layer. In a range of low tones, this weight acts as a mass of inertia, so that the piezoelectric diaphragm is subjected to a strong stress at its central portion, and therefore takes the concave lens-shaped mode, the outermost edges vibrating at a maximum amplitude, which produces a higher sound pressure in this range.In a range of high frequencies the presence of the viscoelastic layer helps to reduce the value of the stress applied to the central part of the piezoelectric plate, so that the signal frequency increases and that plate is driven with the desired constant speed. In addition, the vibration is limited at the resonant frequency of the piezoelectric plate by the viscous resistance of the visco-electric layer, which has the effect of producing a flat output acoustic pressure in a range of ranging from low frequencies to high frequencies. Added to this is the fact that the circuit losses are reduced or limited, so that an effective electricity-to-sound conversion is obtained.
On va maintenant expliquer d'autres formes de réalisa- tion de l'invention en référence aux figures 17 à 20. Other embodiments of the invention will now be explained with reference to FIGS. 17 to 20.
La figure 17 est une vue en coupe montrant un haut -par- leur piézoélectrique constitué par une pluralité d'éléments piézoélectriques vibrants conformes à la présente invention. Comme cela est illustré sur chacune des figures 17 à 20, les éléments piézoélectriques vibrants 51, 55 et 59 comportent chacun des poids 53, 57 et 61 qui sont réunis au voisinage du centre de gravité par l'intermédiaire de couches visco-élastiques 52, 56 et 60, de manière à former des éléments piézoélectriques vibrants composites du type à serrage central. L'élément médian 51 est réuni sur l'extrémité périphérique 63 directement à la partie supérieure 3 d'un radiateur acoustique du type en forme de cône 67 constitué par exemple par du papier.Le bord le plus extérieur du radiateur 67 est réuni avec-possibilité de pivotement en 62 à un bord élastique ondulé 62 et est soutenu dans sa totalité. Fig. 17 is a sectional view showing a piezoelectric loudspeaker constituted by a plurality of vibrating piezoelectric elements in accordance with the present invention. As illustrated in each of FIGS. 17 to 20, the vibrating piezoelectric elements 51, 55 and 59 each comprise weights 53, 57 and 61 which are joined in the vicinity of the center of gravity via viscoelastic layers 52, 56 and 60, so as to form composite vibrating piezoelectric elements of the central clamping type. The median element 51 is joined on the peripheral end 63 directly to the upper part 3 of a cone type acoustic radiator 67 constituted for example by paper. The outermost edge of the radiator 67 is united with possibility of pivoting at 62 to a corrugated elastic edge 62 and is supported in its entirety.
Les éléments piézoélectriques vibrants extérieurs 55 et 59 ont leurs extrémités périphériques respectives réunies d'un seul tenant su pourtour extérieur de l'élément médian 51 par l'intermédiaire des connecteurs associés 54 et 58. Le poids le plus en arrière 57 est monté lâche au centre dudit élément grace à un connecteur visco-élsstique 64, tandis que le poids 61 est réuni de façon là De à 53 par l'intermédiaire d'un connecteur 65. Les éléments en forme de diaphragmnspiézoélectri- ques respectifs, qui sont utilisés, peuvent être soit du type unimorphe , soit du type bimorphe. Cependant on notera que ls forme de 'réalisation représentée est du type unimorphe, les forces électromotrices étant en phase.Les connecteurs 54 et 58 sont constitués en un matériau qui est élastique, possède une résistance visqueuse et une masse réduite et possèdent des pertes de transmission réduites dans différentes gammes. Sinon ces connecteurs peuvent être constitués par exemple par un caoutchouc synthétique tel que du caoutchouc au chloroprène, du caoutchouc butyle, etc, et peuvent posseder une forme rec tangulaire ou une forme cylindrique. Un réseau circulaire d'environ 6 à 8 de ces cylindres disposés et collés sur le bord périphérique de chsque élément piézoélectrique vibrant 55 ou 59, à des intervslles réguliers.Le coefficient requis de trsnsmission est déterminé en tensnt compte de la dureté du caoutchouc ainsi que de la surface en coupe transversale, de la longueur et du nombre des petits cylindres. The external vibrating piezoelectric elements 55 and 59 have their respective peripheral ends joined in one piece around the outer periphery of the middle member 51 via associated connectors 54 and 58. The rearmost weight 57 is loosely mounted at center of said element by means of a visco-élsstique connector 64, while the weight 61 is joined from there to 53 via a connector 65. The respective diaphragm-piezoelectric elements, which are used, can be either of the unimorph type or the bimorph type. However, it should be noted that the embodiment shown is of the unimorph type, the electromotive forces being in phase. The connectors 54 and 58 are made of a material which is elastic, has a viscous resistance and a reduced mass and has transmission losses. reduced in different ranges. Otherwise these connectors may be constituted for example by a synthetic rubber such as chloroprene rubber, butyl rubber, etc., and may have a rectangular shape or a cylindrical shape. A circular array of about 6 to 8 of these cylinders arranged and bonded to the peripheral edge of each vibrating piezoelectric element 55 or 59, at regular intervals. The required coefficient of transmission is determined by taking into account the hardness of the rubber as well as cross sectional area, length and number of small cylinders.
On suppose maintenant que des tensions de signal el, e2 e3 devant être appliquées aux éléments en forme de diaphragmes piézoélectriques 51, 55 et 59 sont réparties,comme cela est représenté d'une manière générale sur la figure 18, ce qui correspond à des gammes subdivisées de fréquences, et le niveau de tension devant être appliqué est prédéterminé de manière qu'il satisfasse à la relation el < e2 < e2 e3, en tenant compte des pertes de trsnsmission intermédiaire.Comme cela est repre- senté d'une manière générale sur la figure 19, les éléments piézoélectriques vibrants 51, 55 et 59 sue partagent des gammes de fréquences élevées, de fréquences moyennes et de basses fré quences, définies entre fl fL, f3 O f respectivement, ce
2 23 c qui s pour effet que l'on obtient des propriétés de pression acoustiques engeneral plates en tant que pression acoustique de rayonnement p0, et l'on obtient des améliorations de la sensibilité de conversion.On notera que, dans le haut-parleur piézoélectrique de type composite conforme à la présente invention, les oscillations parasites apparaissant dans la plage des fré quences moyennes sont absorbées par les différents composants résistifs possédant les impédances combinées K1 et K2 des connecteurs 64 et 65, à un degré tel que ces oscillations sont réduites de façon substantielle.It is now assumed that signal voltages e1, e2 e3 to be applied to the piezoelectric diaphragm elements 51, 55 and 59 are distributed, as shown generally in FIG. 18, which corresponds to ranges subdivided frequencies, and the level of voltage to be applied is predetermined so that it satisfies the relation el <e2 <e2 e3, taking into account the losses of intermediate transmission. As this is generally shown in FIG. 19, the vibrating piezoelectric elements 51, 55 and 59 are sharing high frequency, medium frequency and low frequency ranges, defined between f1, f3 and f respectively;
2 23 c which results in flat engeneral acoustic pressure properties being obtained as the radiation sound pressure p0, and improvements in the conversion sensitivity are obtained. It will be noted that in the loudspeaker In the composite type piezoelectric device according to the present invention, parasitic oscillations appearing in the range of the average frequencies are absorbed by the different resistive components having the combined impedances K1 and K2 of the connectors 64 and 65 to such a degree that these oscillations are reduced. substantially.
Dans ce qui suit, on va maintenant se référer au processus servant à produire les tensions de signal e1, e2 et e3 devant être appliquées aux éléments piézoélectriques vibrants 51, 65 et 69 représentés sur la figure 22. Etant donné que chaque élément piézoélectrique possède habituellement une capaci- té d'environ 0,1 F et une réactance d'environ 15 k pour 1 kHz, l'impédance de z0 de la bobine primaire peut être adaptée de manière à posséder la valeur de 8L habituelle grâce à l'utilisation d'un transformateur auto-élévateur T1 possédant un rapport d'enroulements égal à environ 1::10, comme cela est représenté sur la figure 20, ce qui a pour effet que les tensions de signal e1, e2 et e3 sont obtenues en tant que tensions secondaires par rapport à la tension primaire e0 du transformateur auto-élévateur T1. In what follows, reference will now be made to the process for producing the signal voltages e1, e2 and e3 to be applied to the vibrating piezoelectric elements 51, 65 and 69 shown in Fig. 22. Since each piezoelectric element usually has With a capacitance of about 0.1 F and a reactance of about 15 k for 1 kHz, the impedance of z0 of the primary coil can be adapted to have the usual value of 8 L thanks to the use of a self-elevating transformer T1 having a winding ratio of about 1: 10, as shown in Fig. 20, whereby the signal voltages e1, e2 and e3 are obtained as secondary voltages with respect to the primary voltage e0 of the jack-up transformer T1.
On va maintenant expliquer une autre forme de réalisé tion de la présente invention en référence aux figures 21 à 26. Another embodiment of the present invention will now be explained with reference to Figs. 21 to 26.
La figure 21A est une vue en coupe montrant l'élément piézoélectrique vibrant utilisé pour supprimer la vibration en ondes stationnaires, et la figure 21B est une vue illustrant le mode de vibration de cet élément. Fig. 21A is a sectional view showing the vibrating piezoelectric element used to suppress the standing wave vibration, and Fig. 21B is a view illustrating the vibration mode of this element.
Comme cela est représenté sur la figure 21A, le radiateur acoustique piézoélectrique est du type unimorphe, dans lequel une plaque piézoélectrique 101 est appliquée sur une feuille métallique mince 102. Le radiateur acoustique piézoélectrique comporte un poids principal 104 fixé sur son axe central
A-A' par l'intermédiaire d'une couche visco-élastique 103. In dépendamment du poids principal 104, un poids auxiliaire 108 est fixé par l'intermédiaire d'une couche visco-élastique 107 sur l'axe excentré C-C' distant de l'axe A-A" d'une distance rl. Dans ce cas le poids auxiliaire 108 peut être fixé à la plaque piézoélectrique dans le même plan que le poids principal 104.Sinon il peut etre fixé à la plaque piézoélectrique dans le plan situé à ltopposé du poids principal 104, comme cela est représenté sur la figure 21A. Si le poids auxiliaire 108 est fixé par l'intermédiaire de la couche visco-élastique 107 à la partie correspondant à la partie crête-a-crête de la vibration en ondes stationnaires, l'excès de la vibration en ondes stationnaires est absorbé par la résistance visco-elastique de la couche visco-elastique 107.La figure 22 représente des courbes de réponse en fréquence en rapport avec une vitesse v1.Comme cela est visible avec la courbe en trait plein a, une vibration inutile en ondes stationnaires est atténuée de façon plus efficace que dans le cas de l'art antérieur représenté par une courbe formée de tirets b. De façon appropriée, la distance r1 entre l'axe central A-A' et l'axe excentré C-C' du radiateur acoustique piézoélectrique est égale a environ 70-80 % du rayon rO de ce dernier, et la valeur du poids auxiliaire 108 est égale à environ la moitié de celle du poids principal 104, c'est-à-dire habituellement à environ 1,2 gramme.As shown in FIG. 21A, the piezoelectric acoustic radiator is of the unimorph type, in which a piezoelectric plate 101 is applied to a thin metal sheet 102. The piezoelectric acoustic radiator comprises a main weight 104 fixed on its central axis
AA 'via a viscoelastic layer 103. In dependence on the main weight 104, an auxiliary weight 108 is fixed via a viscoelastic layer 107 on the eccentric axis CC' distant from the In this case, the auxiliary weight 108 can be fixed to the piezoelectric plate in the same plane as the main weight 104. Alternatively, it can be fixed to the piezoelectric plate in the plane situated at the top of the plane. main weight 104, as shown in Fig. 21A, if the auxiliary weight 108 is attached via the viscoelastic layer 107 to the portion corresponding to the peak-to-peak part of the standing wave vibration, the excess of the stationary wave vibration is absorbed by the visco-elastic resistance of the viscoelastic layer 107.Figure 22 shows frequency response curves in relation to a v1 speed. As can be seen with the curve in FIG. trai At full t, a useless vibration in stationary waves is attenuated more effectively than in the case of the prior art represented by a curve formed by dashes b. Suitably, the distance r1 between the central axis AA 'and the eccentric axis CC' of the piezoelectric acoustic radiator is equal to about 70-80% of the radius rO of the latter, and the value of the auxiliary weight 108 is equal to about half that of the main weight 104, i.e., usually about 1.2 grams.
La figure 23A est une vue en coupe montrant l'élément piézoélectrique vibrant utilisé pour supprimer la vibration en ondes stationnaires des éléments piézoélectriques vibrants conformément à une autre forme de réalisation de la présente invent ion, et la figure 23B est une vue en plan montrant la face arrière de cet élément. Fig. 23A is a sectional view showing the vibrating piezoelectric element used to suppress the standing wave vibration of the vibrating piezoelectric elements in accordance with another embodiment of the present invention, and Fig. 23B is a plan view showing the back side of this element.
Comme cela est représenté sur la figure 23A, sur la face extérieure du radiateur piézoélectrique acoustique, un poids principal 104 est fixé sur l'axe A-A' au moyen d'une couche vis co-élsstique 103. Sur la face arrière, un poids de type annulaire 110 est fixé par l'intermédiaire d'une couche visco-élastique 109 possédant une forme essentiellement similaire, ledit poids possédant un rayon r2. Dans ce cas le poids de type an nulaire 110 peut être fixé à la plaque piézoélectrique vibrante dans le même plan que le poids principal 104. Sinon il peut être fixé à la plaque piézoélectrique- vibrante dans le plan opposé au poids principal 104, comme représenté sur la figure 23A. As shown in FIG. 23A, on the outside face of the acoustic piezoelectric radiator, a main weight 104 is fixed on the axis AA 'by means of a co-elastic screw layer 103. On the rear face, a weight of annular type 110 is attached via a viscoelastic layer 109 having a substantially similar shape, said weight having a radius r2. In this case the annular type weight 110 may be attached to the vibrating piezoelectric plate in the same plane as the main weight 104. Alternatively it may be attached to the piezoelectric vibrating plate in the plane opposite to the main weight 104 as shown in Figure 23A.
Lorsque le rayon r2 du poids en forme d'anneau 110 est choisi de telle sorte qu'il soit situé dans la partie correspondant à la partie crête-à-crête de l'onde stationnaire f2 possédant la demi-longueur d'onde (//2) représentée par une ligne formée de tirets sur la figure 23A, la vibration de référence f2 est transformée en f'2 par suite de l'effet d'absorption de la couche visco-élastique 109, si bien que la vitesse v1 de la vibration de sortie sur l'extrémité extérieure 105 est accrue. When the radius r2 of the ring-shaped weight 110 is chosen such that it is located in the portion corresponding to the peak-to-peak part of the stationary wave f2 having the half-wavelength (/ 2) represented by a dashed line in FIG. 23A, the reference vibration f2 is transformed into f'2 as a result of the absorption effect of the viscoelastic layer 109, so that the velocity v1 of the output vibration on the outer end 105 is increased.
Il en resulte que le niveau du creux profond de 2 de la courbe S représentée sur la figure 22 s'abaisse. De façon similaire un pic de f1 est abaissé. Lors du fonctionnement de longue durée, la courbe s est aplatie et comme cela est représenté par la courbe b sur la figure 22.As a result, the level of the deep recess of 2 of the curve S shown in Fig. 22 decreases. Similarly a peak of f1 is lowered. During long-term operation, the curve s is flattened and as shown by the curve b in FIG. 22.
La figure 24A est une vue en coupe du haut-parleur à cône de type piézoélectrique réalisé en utilisant I'elément piézoélectrique vibrant employé pour supprimer la vibration d'ondes stationnaires et qui représente une autre forme de réalisation de la présente invention, et la figure 24B est une vue en plan de la face arrière de cet élément. Fig. 24A is a sectional view of the piezoelectric-type cone loudspeaker made using the vibrating piezoelectric element employed to suppress standing wave vibration and which represents another embodiment of the present invention, and Fig. 24B is a plan view of the rear face of this element.
En se référant à la figure 24A, on voit que la partie d'extrémité extérieure 105 de l'élément piézoélectrique vibrant de la présente invention, auquel le poids auxiliaire 108 repre- senté sur la figure 21A est ajouté, est réuni au rebord du sommet d'un radiateur acoustique du type en forme de cône 11, et une partie formant ouverture du radiateur 111 est soutenue et fixée à une partie fixe 113 par l'intermédiaire d'un bord élastique 112, ce qui réalise un haut-parleur de forme conique de type piézoélectrique. En principe le poids principal 104 peut être situé sur l'axe central A-A'.Mais dans certains cas il est préférable que le poids 104 soit disposé sur l'axe B-B', qui est légèrement excentré par rapport à 1 l'axe central A-A', d'une valeur S, afin de réduire la vibration d'ondes stationnaires, qui est produite régulièrement. Lorsque S est en excès, c'est une vibration non uniforme qui est au contraire induite. Referring to Fig. 24A, it will be seen that the outer end portion 105 of the vibrating piezoelectric element of the present invention, to which the auxiliary weight 108 shown in Fig. 21A is added, is joined to the rim of the top an acoustic radiator of the cone-shaped type 11, and an opening portion of the radiator 111 is supported and fixed to a fixed portion 113 via a resilient edge 112, thereby providing a form loudspeaker conical piezoelectric type. In principle the main weight 104 can be located on the central axis A-A'.But in some cases it is preferable that the weight 104 is arranged on the axis B-B ', which is slightly eccentric compared to 1 l central axis A-A ', of value S, to reduce stationary wave vibration, which is produced regularly. When S is in excess, it is a nonuniform vibration which is, on the contrary, induced.
Par conséquent il est préférable que S soit limite au maximum à environ 2-3 mm. D'autre part si le poids auxiliaire 108 est disposé sur un axe C-C' qui est proche de l'extrémité extérieure 105 en étant à une distance r1 de l'axe A-A', la vibration
d' ondes stationnaires est réduite d'une manière plus efficace par suite de l'effet synergique des poids principal et au miliaire 104 et 108 qui sont légèrement excentrés l'ùn par rapport à l'autre. Therefore, it is preferable that S be at most limited to about 2-3 mm. On the other hand, if the auxiliary weight 108 is disposed on an axis CC 'which is close to the outer end 105 while being at a distance r1 from the axis A-A', the vibration
Stationary waves are reduced in a more efficient manner due to the synergistic effect of the main weights and the weights 104 and 108 which are slightly eccentric relative to one another.
Avec le haut-parleur en forme de cône du type piézoélectrique ainsi réalisé, lorsqu'une tension de signal e est appliquée entre la plaque piézoélectrique 101 et la feuille mé- tallique mince 102, à partir de l'extérieur, il -apparaît sur l'extrémité extérieure 105 de la plaque piézoélectrique vibrante, une force vibromotrice F1 servant à entraîner le radiateur 111 à une vitesse v1, de sorte qu'une pression acoustique de rayonnement P0 est produite dans la direction avant. Par conséquent il est possible de réaliser un haut-parleur en forme de cône piézoélectrique possédant des caractéristiques amelio- rées de sensibilité de -conversion et de réponse en fréquence. With the piezoelectric-type cone-shaped loudspeaker thus produced, when a signal voltage e is applied between the piezoelectric plate 101 and the thin metal sheet 102, from the outside, it appears on the screen. outer end 105 of the vibrating piezoelectric plate, a vibromotive force F1 for driving the radiator 111 at a speed v1, so that a sound pressure of radiation P0 is produced in the forward direction. Therefore, it is possible to make a piezoelectric cone-shaped loudspeaker having improved characteristics of -conversion sensitivity and frequency response.
Comme cela a. été mentionné précédemment, la présente invention fournit un procédé visant à supprimer la vibration d' ondes stationnaires de l'élément piézoélectrique vibrant, par le fait qu'un poids principal est fixé autour de la partie centrale d'un radiateur acoustique piézoélectrique par l'intermédiaire d'une couche visco-élastique et qu'un poids auxiliaire est situé à l'intérieur de l'extrémité extérieure d'une plaque piézoélectrique vibrante, ce qui produit un système de vibrations dissymétrique. Par conséquent la vibration en ondes sta tionnsires apparaissant dans la plaque piézoélectrique vibrante peut être réduite d'une manière plus efficace. As this has. As previously mentioned, the present invention provides a method for suppressing stationary wave vibration of the vibrating piezoelectric element in that a main weight is fixed around the central portion of a piezoelectric acoustic radiator by the intermediate of a viscoelastic layer and that an auxiliary weight is located inside the outer end of a vibrating piezoelectric plate, which produces an asymmetric vibration system. As a result, the static wave vibration occurring in the vibrating piezoelectric plate can be reduced in a more efficient manner.
On va maintenant expliquer d'autres formes de réalisa- tion de la présente invention en référence aux figures 27 à 36. Other embodiments of the present invention will now be explained with reference to Figures 27 to 36.
Les figures 27 à 29 inclusivement sont respectivement des vues en perspective et une vue en coupe montrant des parties constituant une autre forme de réalisation des éléments piézoélectriques vibrants conformes à la présente invention. Figures 27 to 29 inclusive are respectively perspective views and a sectional view showing portions constituting another embodiment of the vibrating piezoelectric elements according to the present invention.
La figure 27 représente un exemple d'un type unimorphe de radiateurs acoustiques piezoélectriques 116, qui comporte une feuille métallique mince 117, sur une face de laquelle est appliquée une plaque piézoélectrique 119 munie d'une électrode.Fig. 27 shows an example of a unimorphous type of piezoelectric acoustic radiators 116, which comprises a thin metal sheet 117, on one side of which is applied a piezoelectric plate 119 provided with an electrode.
Le radiateur acoustique 116 comporte une petite ouverture 118 au voisinage de la partie centrale. En outre la partie intérieure 120b du radiateur acoustique 116, voisine de la petite ouverturé 118, comporte également une partie isolante allongee ne comportant aucune surface formant électrode, de manière à empêcher toute décharge le long de la surface sous l'effet d'une tension de signal appliquée. La figure 28 représente un siege-entretoise 121 agissant en tant qu'organe visco-élastique et qui est constitué en un matériau visco-élastique tel que du caoutchouc mousse, par exemple du caoutchouc uréthane, possédant une épaisseur d'environ 0,8 à 1 mm, et comporte sur ses deux faces, des couches formant peau 123 '(formées selon le procédé de moussage).La figure 29 représente un poids 124 du type en forme d'altère qui est formé par la réunion réciproque de poids semicirculaires 125a et 125b de même valeur, par l'intermédiaire d'une tige de liaison 126. Par exemple ce poids pourrait être constitué par une bille de plomb possédant un poids total d'environ 2 grammes.The acoustic radiator 116 has a small opening 118 in the vicinity of the central portion. In addition, the inner portion 120b of the acoustic radiator 116, adjacent to the small opening 118, also includes an elongated insulating portion having no electrode surface, so as to prevent any discharge along the surface under the effect of a voltage. applied signal. Fig. 28 shows a spacer seat 121 acting as a viscoelastic member and which is made of a viscoelastic material such as foam rubber, for example urethane rubber, having a thickness of about 0.8 to 1 mm, and has on its two faces, skin layers 123 '(formed according to the foaming process). Fig. 29 shows a weft-like weight 124 which is formed by the reciprocal union of semicircular weights 125a and 125b of the same value, through a connecting rod 126. For example this weight could be constituted by a lead ball having a total weight of about 2 grams.
En se référant à la figure 30, on y voit représentée une vue en coupe de l'élément piézoélectrique vibrant, qui est une forme de réalisation de la présente invention. Cet élément est constitué par les parties telles que représentées sur les figures 27 à 29. En se référant à l'ordre de montage, deux sièges-entretoises 121 sont disposés sur la petite ouverture 118 prévue au voisinage de la partie centrale du radiateur acoustique piézoélectrique 107 et sur les deux faces de ce dernier. Referring to Fig. 30, there is shown a sectional view of the vibrating piezoelectric element, which is an embodiment of the present invention. This element consists of the parts as shown in FIGS. 27 to 29. Referring to the assembly order, two spacer seats 121 are arranged on the small opening 118 provided in the vicinity of the central part of the piezoelectric acoustic radiator. 107 and on both sides of the latter.
Ensuite on insère la tige de liaison 126, à laquelle l'un des poids 125a est fixe, à travers les petites ouvertures 122 mé- nagées dans les sièges-entretoises 121, et on l'introduit dans l'autre poids 125b de manière à raccorder étroitement les deux poids 125a et 125b au moyen de cette tige 126. On notera qu'un agent de liaison en forme de caoutchouc au silicone RTV liquide est appliqué sur chacune des surfaces de jonction afin d'empêcher tout bruit de cliquetis, et la tige de liaison 126 ne peut pas venir en contact avec la petite ouverture 118.Then the connecting rod 126, to which one of the weights 125a is fixed, is inserted through the small openings 122 provided in the spacer seats 121, and introduced into the other weight 125b so as to connect the two weights 125a and 125b tightly by means of this rod 126. It should be noted that a liquid RTV silicone rubber bonding agent is applied to each of the joining surfaces in order to prevent any rattling noise, and the connecting rod 126 can not come into contact with the small opening 118.
Ci-sprès on va expliquer le fonctionnement de l'élément piézoélectrique vibrant de la figure 30. Hereinafter, the operation of the vibrating piezoelectric element of FIG. 30 will be explained.
Lorsqu'une tension de signal e est appliquée entre la feuille métallique mince 117 et la plaque piézoélectrique 119, à partir de l'extérieur, il apparaît une force de dilatation/ contraction correspondant à la tension e appliquée, dans la plaque piézoélectrique 119, par suite de l'effet piézoélectrique, de sorte que cette force est transformée par rapport à la feuille 117 en raison de la contrainte de cisaillement résultante.Mais, conformément à la présente invention, en raison de l'impédance mécanique résultant de la présence du poids 124 et des sièges-entretoises 121 constitués en un matériau viscoélastique et ajoutés autour de la partie centrale du radiateur acoustique piézo-électrique 116 et retenus au voisinage de la partie centrale de ce dernier, le radiateur acoustique piézoélectrique est soumis a la vibration de référence conformément au mode de vibration en forme de lentille concave, comme cela est indiqué par une ligne formée de tirets sur la figure.Une force vibro-motrice F1 est alors prélevée de l'extrémité extérieure 127 du radiateur 116 qui vibre avec l'amplitude maximale de manière à entraîner le système vibratoire à la vitesse V1 *
On va expliquer de façon plus claire le fonctionnement d'un tel système d'entraînement en se référant aux figures 31 et 32 montrant des schémas équivalents. When a signal voltage e is applied between the thin metal sheet 117 and the piezoelectric plate 119, from the outside, an expansion / contraction force corresponding to the applied voltage e, in the piezoelectric plate 119, appears. as a result of the piezoelectric effect, so that this force is transformed with respect to the sheet 117 due to the resulting shear stress.But according to the present invention, due to the mechanical impedance resulting from the presence of the weight 124 and strut seats 121 made of a viscoelastic material and added around the central portion of the piezoelectric acoustic radiator 116 and retained in the vicinity of the central portion of the latter, the piezoelectric acoustic radiator is subjected to the reference vibration according to to the concave lens-shaped vibration mode, as indicated by a line of dashes on Figure.A vibro-motor force F1 is then taken from the outer end 127 of the radiator 116 which vibrates with the maximum amplitude so as to cause the vibration system to the speed V1 *
The operation of such a drive system will be explained more clearly with reference to FIGS. 31 and 32 showing equivalent diagrams.
C'est-à-dire qu'une impédance Z1 (mol, cl, r1), qui représente le radiateur acoustique piézoélectrique 116, forme un circuit série direct avec une impédance de contraintes Z2 (m2, c2, r2) incluant le poids 124 (m2) et les sièges-entretoises ( C2, r2), à une vitesse vl en association avec la force vibromotrice F2 de Z1 est commandée par Z2 Entant donné que les élé ments internes comprennent des éléments parallèles-série comprenant une masse m2, une compliance c2 et une résistance visqueuse r2, comme représenté sur la figure 32, la réactance de la masse intervient en tant que partie principale dans la contrainte à laquelle est soumise le radiateur acoustique piézoélectrique 116 au voisinage de sa partie centrale, dans une gamme de basses fréquences, si bien que l'extrémité extérieure 127 du radiateur vibre avec une amplitude supérieure. Mais, dans les gammes à fréquences moyennes ou à hautes fréquences, le degré de ladite contrainte est réduit principalement par la compliance c2, avec pour effet que l'extrémité extérieure 127 vibre avec une amplitude plus faible. Par conséquent la vitesse v1 est commandée en réponse à la fréquence de fonctionnement, ce qui rend possible d'entraîner la charge Z0 raccordée aux bornes x-y de Z2, à une vitesse de v0 approximativement constante. That is, an impedance Z1 (mol, cl, r1), which represents the piezoelectric acoustic radiator 116, forms a direct series circuit with a stress impedance Z2 (m2, c2, r2) including the weight 124 (m2) and the spacer seats (C2, r2) at a speed v1 in association with the F2 vibratory force of Z1 is controlled by Z2 Since the internal elements comprise parallel-series elements comprising a mass m2, a compliance c2 and a viscous resistance r2, as shown in FIG. 32, the reactance of the mass acts as a main part in the stress to which the piezoelectric acoustic radiator 116 is subjected in the vicinity of its central part, in a low range frequencies, so that the outer end 127 of the radiator vibrates with a higher amplitude. But, in the medium frequency or high frequency ranges, the degree of said stress is reduced mainly by the compliance c2, with the effect that the outer end 127 vibrates with a smaller amplitude. Therefore, the speed v1 is controlled in response to the operating frequency, which makes it possible to drive the load Z0 connected to the x-y terminals of Z2 at a speed of approximately constant v0.
La figure 33 est une vue en coupe du haut-parleur en forme de cône du type piézoélectrique constitue en utilisant les éléments piézoélectriques vibrants tels que mentionnés précédemment. Dans le haut-parleur en forme de cône de type piézoélectrique représenté, l'extremite extérieure 127 du radiateur acoustique piézoélectrique 116 est réunie au rebord du sommet d'un radiateur acoustique en forme de cône 128 (mO) possédant des dimensions appropriées et dont le bord extérieur est réuni à un organe fixe 130 par l'intermédiaire d'un bord élastique 129 (c0, rO). Si le radiateur acoustique du type en forme de cône est alors entraîné à une vitesse constante v0, une puissance acoustique constante Po est en principe irradiée vers l'avant. Dans le schéma équivalent de la figure 31, on voit que l'impédance Z0 (mO, c0, rO) du radiateur acoustique du type en forme de cône 128 est raccordée aux bornes x et y de l'impé- dance de contrainte Z2 (m2 c2, r2). Fig. 33 is a sectional view of the piezoelectric type cone loudspeaker formed using the vibrating piezoelectric elements as mentioned above. In the piezoelectric-type cone-shaped speaker shown, the outer end 127 of the piezoelectric acoustic radiator 116 is joined to the rim of the top of a cone-shaped acoustic radiator 128 (mO) having appropriate dimensions and whose outer edge is joined to a fixed member 130 via an elastic edge 129 (c0, rO). If the acoustic radiator cone type is then driven at a constant speed v0, a constant acoustic power Po is in principle radiated forward. In the equivalent diagram of FIG. 31, it can be seen that the impedance Z0 (mO, c0, rO) of the cone type acoustic radiator 128 is connected to the terminals x and y of the bias impedance Z2 (FIG. m2 c2, r2).
La figure 34 est une vue en coupe illustrant le mode vibratoire de l'élément piézoélectrique vibrant de la figure 30. Dans l'élément piézoélectrique représenté, le radiateur acoustique piézoélectrique 116 est un produit stratifié consti tué par la plaque piézoélectrique 119 et la feuille métallique mince 117. Pour cette raison, il se produit une vibration en ondes stationnaires en plus de la vibration de référence, ce qui est dû au fait que ce qu'on appelle la sensibilité Q. à la résonance est élevée.Par exemple une pluralité de vibrations d'articulations telles que f1 à f3 représentées par la ligne formée de tirets sur la figure 34 apparaissent dans une gamme de basses fréquences et la réponse en fréquence obtenue de la vitesse vl de l'extrémité extérieure 127 du radiateur acoustique piézoélectrique 116 est représentée par une courbe en trait plein sur la figure 35, de sorte que des caractéristiques si nusoidales remarquables avec un maximum et un minimum apparaissent d'une manière prédominante dans une gamme de basses fréquences. Par conséquent on peut ne pas préférer utiliser ce ra dateur à des haut-parleurs, étant donné que la réponse en fréquence est perturbée, avec une altération de la qualité sonore. Fig. 34 is a sectional view illustrating the vibratory mode of the vibrating piezoelectric element of Fig. 30. In the piezoelectric element shown, the piezoelectric acoustic radiator 116 is a laminated product formed by the piezoelectric plate 119 and the metal foil. For this reason, there is a stationary wave vibration in addition to the reference vibration, which is due to the fact that so-called Q sensitivity to resonance is high. Joint vibrations such that f1 to f3 represented by the dashed line in Fig. 34 occur in a low frequency range and the resulting frequency response of the speed v1 of the outer end 127 of the piezoelectric acoustic radiator 116 is shown. by a solid line curve in FIG. 35, so that remarkable nusoidal characteristics with a maximum of A minimum appear predominantly in a low frequency range. Therefore, it may not be preferable to use this amplifier to loudspeakers, since the frequency response is disturbed, with impaired sound quality.
D'autre part il faut ici voir que les vibrations d' ondes stationnaires des articulations mentionnées ont un effet important sur des réductions de l'impédance dynamique du radiateur 116 et sur les accroissements de la sensibilité de conversion de ce dernier. Par conséquent les vibrations des articulations ne devraient pas être supprimées de façon inconditionnelle . Conformément à la présente invention, la vibration d' ondes stationnaires est absorbée en fonction de l'action d'amortissement de la résistance visqueuse r2 des deux siBges-entretoises 121, comme cela est représenté sur la figure 30. Par conséquent le choix du matériau constituant les sièges-entretoises 121 est difficile.D'une manière appropriée, ce matériau possède une résistance dynamique visqueuse et doit posséder un faible coefficient de température et subir seulement une faible influence de la part de variations de la température extérieure. Cependant il existe seulement un nombre limité de matériaux possé dant un coefficient stable de visco-élasticité. Comme résultat d'études expérimentales. effectuées par le présent inventeur, il s'est avéré qu'un matériau satisfaisant est une masse sous forme de mousse d'un matériau synthétique à base de caoutchouc butyle, possédant une épaisseur d'environ -0,8 à 1 mm et de mousses fines insérées dans ce matériau. Un matériau plus satisfai sant est un matériau possédant une pesu. au niveau de sa surface.Cependant même la masse en forme de mousse en caoutchouc butyle mentionnée ci-dessus présente des caractéristiques visco-élastiques insuffisantes dans les conditions sévères de température.On the other hand, it should be noted here that the standing wave vibrations of the articulations mentioned have a significant effect on reductions in the dynamic impedance of the radiator 116 and on the increases in the conversion sensitivity of the latter. Therefore the vibrations of the joints should not be unconditionally suppressed. In accordance with the present invention, the standing wave vibration is absorbed according to the damping action of the viscous resistance r2 of the two spacer blocks 121, as shown in Fig. 30. Therefore the choice of material The spacecraft seats 121 are difficult to form. Suitably, this material has a viscous dynamic strength and must have a low temperature coefficient and only a slight influence from changes in the outside temperature. However, there is only a limited number of materials possessing a stable coefficient of viscoelasticity. As a result of experimental studies. made by the present inventor, it has been found that a satisfactory material is a foamed mass of a butyl rubber synthetic material having a thickness of about -0.8 to 1 mm and foams. fine inserted in this material. A more satisfactory material is a material having a pesu. At the same time, the butyl rubber foam material mentioned above has insufficient viscoelastic characteristics under severe temperature conditions.
La figure 36 est une vue en coupe montrant une autre forme de réalisation. de l'élément piézoélectrique vibrant conforme à la présente invention. Le radiateur acoustique piézoélectrique represente 116 possède une structure semblable à celle de la figure 30. Le radiateur 116 comporte, autour de sa partie centrale, une petite ouverture 118, des deux côtés de laquelle se trouvent empilés en couches deux sieges-entretoises en forme de ooçes 130a et 130b à base de caoutchouc, de manière
à définir ainsi deux petites chambres 132a et 132b. tes chambres 132a et 132b peuvent communiquer l'une. avec l'autre par l'intermédiaire d'un espace rétréci 134 défini par une tige 131 servant à relier deux poids l'un à l'autre d'un seul tenant, et par la circonference de la petite ouverture 118. Chacune des chambres 132a et 132b est remplie par de l'huile au silicone 133 (possédant une viscosité dynamique égale à environ 1000 cP), qui est une huile visqueuse : c'est pour cette raison que l'huile au silicone 133 peut circuler en alternance entre les chambres supérieure et inférieure 132a et 132b, en passant par l'es pace rétréci 134. Dans cette forme de réalisation, on utilise la résistance visqueuse de cette huile lorsqu'elle s'écoule.Fig. 36 is a sectional view showing another embodiment. of the vibrating piezoelectric element according to the present invention. The piezoelectric acoustic radiator shown 116 has a structure similar to that of FIG. 30. The radiator 116 comprises, around its central part, a small opening 118, on both sides of which are stacked in layers two strut seats ooces 130a and 130b made of rubber, so
to define two small chambers 132a and 132b. rooms 132a and 132b can communicate one. with the other through a narrowed space 134 defined by a rod 131 for connecting two weights to one another in one piece, and by the circumference of the small opening 118. Each of the chambers 132a and 132b is filled with silicone oil 133 (having a dynamic viscosity of about 1000 cP), which is a viscous oil: for this reason, the silicone oil 133 can be circulated alternately between The upper and lower chambers 132a and 132b, passing through the narrowed space 134. In this embodiment, the viscous resistance of this oil is used as it flows.
Il est alors possible d'obtenir à volonter la résistance visqueuse requise dans une gamme plus étendue, en commandant la viscosité de l'huile au silicone 133 et l'espace rétréci 134.It is then possible to achieve the required viscous resistance in a wider range by controlling the viscosity of the silicone oil 133 and the narrowed space 134.
En outre, étant donné que l'huile au silicone 133 est une substance stable comme cela est exprimé par sa viscosité dynamique,
sa dépendance vis-a-vis de la température est comparable à celle de l'eau pure. Par conséquent cette huile est plus sta ble, du point de vue de ss viscosité, que le caoutchouc butyle mentionné précédemment, et résiste à des conditions extérieures sevères de température.In addition, since silicone oil 133 is a stable substance as expressed by its dynamic viscosity,
its dependence on temperature is comparable to that of pure water. As a result, this oil is more viscous than the above-mentioned butyl rubber and is resistant to severe external temperature conditions.
Dans l'élément piézoélectrique vibrant selon la forme de réalisation qui a été mentionnée précédemment, deux poids sont réunis l'un à l'autre par l'intermédiaire de couches viscoélectriques associées, au moyen d'une tige de liaison s'étendant à trRvers-une petite ouverture ménagée autour de 13 partie centrale d'une plaque piézoélectrique vibrante de manière à appliquer une contrainte de retenue à 13 partie sensiblement centrale de cette plaque. Par conséquent on obtient une vibra
tion stable,meme lorsque la température extérieure varie. En outre l'assemblage est suffisamment aisé pour que l'on puisse fabriquer des produits hautement fiables à un coût réduit. In the vibrating piezoelectric element according to the previously mentioned embodiment, two weights are joined to each other via associated viscoelic layers, by means of a connecting rod extending to a small opening formed around a central portion of a vibrating piezoelectric plate so as to apply a retaining constraint to the substantially central portion of this plate. Therefore we get a vibra
stable, even when the outside temperature varies. In addition the assembly is sufficiently easy so that one can manufacture highly reliable products at a reduced cost.
Claims (3)
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|---|---|---|---|
| FR8600712A FR2574610A1 (en) | 1984-09-05 | 1986-01-20 | Piezoelectric loudspeaker - with two weights joined by viscoelastic layers and connecting rod |
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|---|---|---|---|
| JP18697984A JPS6165600A (en) | 1984-09-05 | 1984-09-05 | Piezo-electric oscillator |
| JP28138184A JPS61150500A (en) | 1984-12-24 | 1984-12-24 | Composite type piezoelectric speaker |
| JP3351185A JPS61192199A (en) | 1985-02-20 | 1985-02-20 | Piezoelectric type speaker |
| JP15361785A JPS6214600A (en) | 1985-07-12 | 1985-07-12 | Piezoelectric vibrator |
| JP15361685A JPS6214599A (en) | 1985-07-12 | 1985-07-12 | Method for suppressing standing wave vibration of piezoelectric vibrator |
| FR8600712A FR2574610A1 (en) | 1984-09-05 | 1986-01-20 | Piezoelectric loudspeaker - with two weights joined by viscoelastic layers and connecting rod |
Publications (1)
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Family Applications (1)
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Citations (3)
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| FR1522700A (en) * | 1966-06-13 | 1968-04-26 | Motorola Inc | Piezoelectric transducer |
| US3732446A (en) * | 1971-12-13 | 1973-05-08 | Bell Telephone Labor Inc | Electroacoustic transducer resistant to external mechanical vibrations |
| FR2179883A1 (en) * | 1972-04-10 | 1973-11-23 | Motorola Inc |
-
1986
- 1986-01-20 FR FR8600712A patent/FR2574610A1/en not_active Withdrawn
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