Elektroakustischer Wandler

Abstract

 Piezoelektrischer Wandler für Fernsprecher bei dem die Membran (6) durch rotationsunsymmetrischen Auflagebereich des Lagerkörpers (16) eingespannt ist um Teilschwingungen höherer Ordnung zu unterdrücken.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen elektroakustischen Wandler mit einer in einem Wandlergehäuse angeordneten zwischen Lager­körpern im Randbereich eingespannten, mit einer piezoelek­trischen Schicht versehenen kreisförmigen Wandlerplatte, insbesondere für Fernsprechgeräte.

[0002] Eine der bei der Herstellung elektroakustischer Wandler zu lösenden Aufgaben besteht bekanntlich darin, dafür Sorge zu tragen, daß der Zusammenhang zwischen den akustischen Be­stimmungsgrößen des Schallfeldes und den elektrischen Grö­ßen des Wandlers im Übertragungsbereich weitgehend frequenz­unabhängig ist.

[0003] Die Frequenzabhängigkeit des Zusammenhangs zwischen den Be­stimmungsgrößen des Schallfeldes und den elektrischen Grö­ßen des Wandlers wird insbesondere durch die Frequenzab­hängigkeit des aus der Membran und den angekoppelten Luft­räumen oder dergleichen bestehenden schwingungsfähigen mechanischen Gebildes bestimmt.

[0004] Die Membranen hochwertiger Schallempfänger, z.B. von Kon­densatormikrofonen, sind derart eingespannt und angeordnet, daß die ihrer Grundschwingung entsprechende Resonanzfre­quenz weit oberhalb des interessierenden Frequenzbereiches liegt, so daß deshalb der Zusammenhang zwischen der Aus­lenkung der Membran und den Bestimmungsgrößen des Schall­feldes in diesem Frequenzbereich praktisch frequenzunab­hängig ist.

[0005] Bei den elektroakustischen Wandlern der Fernsprechtechnik ist es dagegen im allgemeinen aus Gründen des Wirkungsgra­des nicht möglich, die Eigenresonanzen der Membran außer­ halb des interessierenden Frequenzbereichs zu wählen. Um dennoch die Frequenzabhängigkeit des elektroakustischen Übertragungsfaktors zu verringern, ist es üblich, derar­tige Wandler mit entsprechend abgestimmten Resonatoren auszurüsten, mit deren Hilfe Resonanzspitzen kompensiert werden.

[0006] Neuere piezoelektrische Wandler weisen anstelle der üb­lichen Membran eine zwischen Lagerkörpern in ihrem Rand­bereich eingespannte Wandlerplatte auf, die mit einer piezoelektrischen Schicht versehen ist. Wird nun eine der­dartige Platte elektrisch oder akustisch angeregt, so bil­den sich auf der Platte in Abhängigkeit von dem gemes­senen Schalldruck und der Frequenz ausgeprägte Über­höhungen, die durch holographische Interferometrie sicht­bar gemacht werden können und sich durch Kreisknotenlinien und Knotendurchmessern auszeichnen.

[0007] Bei zylindersymmetrischen Wandlerplatten spielen die durch Knotendurchmesser sich auszeichnenden Überhöhungen keine Rolle. Wesentlich sind jedoch die Kreisknotenlinien. So können die Eigenfrequenzen des eingangs beschriebenen Wand­lers beispielsweise folgendermaßen sein
Grundresonanz (σ = 0, h = 0): ca. 1...1,5 kHz
1. Kreisknotenlinie (σ = 1, h = 0): ca. 4 kHz
2. Kreisknotenlinie (σ = 2, h = 0): ca. 7...9 kHz
3. Kreisknotenlinie (σ = 3, h = 0): ca. 14 kHz
wobei σ die Anzahl der Kreisknotenlinien und h die Anzahl der Knotendurchmesser bedeutet.

[0008] Wie eingangs bereits erwähnt, müssen diese Resonanzspitzen bedämpft werden, um einen durch einzelne Fernmeldeverwal­tungen vorgegebenen Toleranzbereich nicht zu überschreiten. So ist es beispielsweise bekannt, die Grundresonanz mit einem Helmholtzresonator um ca. 15 dB zu dämpfen (Siemens Zeitschrift 46.Jahrgang, April 72, Heft 4, Seite 207-209).

[0009] Die durch die 1.Kreisknotenlinie gekennzeichnete Teil­schwingung kann durch zwei λ/2 Resonatoren bedämpft werden (DE-PS 1 167 897).

[0010] Die durch die 2.Kreisknotenlinie gekennzeichnete Teil­schwingung wurde früher nicht bedämpft, da sie nicht in ein von den Postverwaltungen vorgegebenen Toleranzschema fiel. Aufgrund der Erweiterung des Toleranzbereiches von 8 kHz auf 10 kHz führte diese Teilschwingung jedoch zu einer Überschreitung des Toleranzbereiches, so daß sie jetzt be­dämpft werden muß.

[0011] Eine Bedämpfung dieser Teilschwingung könnte mit einem breitbandig wirkenden Helmholtzresonator erfolgen, der je­doch nur schwer in dem vorhandenen Wandlergehäuse angeord­net werden kann.

[0012] Aufgabe der Erfindung ist es, die Bedämpfung der durch zwei Kreisknotenlinien gekennzeichneten Teilschwingung mit mög­lichst einfachen Mitteln durchzuführen.

[0013] Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zumindest ein Auflagebereich eines Lagerkörpers eine ro­tationsunsymmetrische Form aufweist.

[0014] Die mit ihrer Eigenfrequenz schwingende Wandlerplatte er­zeugt einen Schalldruckpegel, der zwischen ausgeprägter Schalldrucküberhöhung und Schalldruckeinbruch liegen kann. Der sich einstellende Schalldruck ist das Ergebnis der ge­genphasig schwingenden Teilflächen. Sie verdrängen jeweils Volumina, die sich zu einem effektiv verdrängten Volumen kompensiert. In guter Näherung ist das effektiv verdrängte Volumen proportional dem Schalldruck. Die Grundresonanz er­zeugt von allen Eigenfrequenzen den maximalen Schalldruck, weil hier keine Teilflächen gegenphasig schwingen. Gelingt es nun, für σ ≧ 1 die gegenphasig verdrängten Volumina gleich groß zu machen, so muß der erzeugte Schalldruck ver­ schwinden (Bedämpfung). Durch die Modifikation der Wandler­plattenlager gemäß der Erfindung ist es nun gelungen, die gegenphasig schwingenden Volumina in die gleiche Größenord­nung zu bringen. Die partielle Änderung der Randeinspannung bedämpft die Eigenfrequenz σ = 1 und σ = 2 um ca. 8 dB, mit nur geringfügigen Verschiebungen der Eingenfrequenzen zu höheren Werten. Die Grundresonanz bleibt relativ unbe­einflußt.

[0015] Durch die Erfindung wird nun in vorteilhafter Weise ein Weg aufgezeigt, aufwendige Resonatoren zur Dämpfung von Teil­schwingungen zu vermeiden. Je nach den konstruktiven Abmes­sungen der Wandler kann man durch Versuche bestimmen, wie die rotationsunsymmetrische Form der Lagerung ausgebildet sein soll.

[0016] So kann es zweckmäßig sein, daß beide Lagerkörper rota­tionsunsymmetrische Form aufweisen und derart gegenüber der Wandlerplatte angeordnet sind, daß die Auflagebereiche ein­ander gegenüberliegen.

[0017] Es kann weiterhin zweckmäßig sein, daß der Lagerkörper durch einen ersten konzentrischen Ring (ringförmiger Ansatz) gebildet ist, der in einem Sektor sich in zwei Teilringe aufspaltet.

[0018] Die Auflagebereiche können durch spitze Lager gebildet sein. Zur Dämpfung der Teilschwingungen hat es sich her­ausgestellt, daß es zweckmäßig ist, wenn die Auflageberei­che der Lagerkörper durch plane Flächen gebildet sind.

[0019] Ebenso kann es zweckmäßig sein, wenn die planen Flächen unterschiedlich groß sind.

[0020] Aus Fertigungsgründen kann es zweckmäßig sein, daß die Lagerkörper einstückig mit den Gehäuseteilen ausgebildet sind.

[0021] Im folgenden sei die Erfindung anhand von vier Figuren näher erläutert. Es zeigen

FIG 1 einen elektroakustischen Wandler im Schnitt

FIG 2 einen Träger im Schnitt

FIG 3 den Träger nach FIG 2 in Draufsicht

FIG 4 eine graphische Darstellung des Frequenzverlaufes.

[0022] Der in FIG 1 dargestellte Wandler weist ein Gehäuseunter­teil 1 auf, in das ein Träger 2 eingesetzt ist. Über dem Träger 2 ist ein Resonatorring 3 angeordnet. Verschlossen ist das Wandlergehäuse durch eine Abdeckung 4, die Schall­durchlaßöffnungen 5 aufweist.

[0023] Zwischen dem Träger 2 und dem Resonatorring 3 ist eine Wand­lerplatte 6 angeordnet, die mit einer piezoelektrischen Schicht 7 versehen ist. Die piezoelektrische Schicht weist hier nicht gezeigte Elektroden auf, die über Bändchen oder dergleichen an Stecker (Stecker 8 gezeigt) geführt sind. Ein Helmholtzresonator 9 verbindet den Vorraum des Trägers 2 mit dem Rückraum und dient zur Dämpfung der Grundreso­nanz.

[0024] Die Wandlerplatte 6 ist in ihrem Randbereich fest einge­spannt. Dazu dienen Lagerkörper, die aus zylinderförmigen ringförmigen Ansätzen 10 bis 15 des Trägers 2 sowie des Re­sonatorringes 3 bestehen.

[0025] Da die Ansätze in FIG 1 nur schwer erkennbar sind, wurde der Träger in eigenen Figuren dargestellt. Der Träger nach FIG 2 und 3 wurde gegenüber der Darstellung in FIG 1 um 180^o gedreht dargestellt. Deutlich erkennbar sind nun die Auflagebereiche für die Wandlerplatte, die durch ringför­mige zylinderförmige Ansätze gebildet sind. So ist zunächst der ringförmige Ansatz 16 erkennbar, der in der linken Bildebene sich in zwei Teilringe 17, 18 aufspaltet. Damit weist der Auflagebereich für die Wandlerplatte eine ro­tationsunsymmetrische Form auf.

[0026] Ähnlich ist der Auflagebereich des Resonatorringes ausge­bildet. Der Begriff des Resonatorrings wurde deshalb ge­wählt, da sich in ihm zwei λ/2 Resonatoren befinden kön­nen.

[0027] In FIG 4 ist nun der Frequenzgang des Wandlers dargestellt. Die Ordinate bedeutet die Empfindlichkeit E in dB, die Abs­zisse die Frequenz in Hertz. Die Linien 19, 20 grenzen den Toleranzbereich ein, zwischen dem der Frequenzverlauf sich befinden soll. Die unterbrochene Linie 21 zeigt den Fre­quenzverlauf des Wandlers bei rotationssymmetrischer Lage­rung, die geschlossene Linie 22 den Frequenzverlauf bei ei­ner Lagerung gemäß der Erfindung. Man sieht, daß die be­dämpfte Grundresonanz σ = 0 bei der Erfindung zu etwas höheren Frequenzen sich verschiebt (waagrechter Pfeil). Die Resonanz der ersten Teilschwingung σ = 1 verschiebt sich ebenfalls zu etwas höheren Werten und ist bedämpft. Die durch einen zweiten Knotenkreis gekennzeichnete Teilschwin­gung σ = 2 ist wesentlich bedämpft und liegt ebenfalls bei etwas höheren Frequenzen.

Ansprüche

1. Elektroakustischer Wandler mit einer in einem Wandlerge­häuse angeordneten zwischen Lagerkörpern im Randbereich eingespannten, mit einer piezoelektrischen Schicht ver­sehenen kreisförmigen Wandlerplatte, insbesondere für Fern­sprechgeräte,
dadurch gekennzeichnet, daß zumin­dest ein Auflagebereich eines Lagerkörpers eine rotations­unsymmetrische Form aufweist.

2. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß beide Lagerkörper rotationsunsymmetrische Form aufweisen und der­art gegenüber der Wandlerplatte angeordnet sind, daß die Auflagebereiche einander gegenüberliegen.

3. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der La­gerkörper durch einen ersten konzentrischen Ring (ringför­miger Ansatz 16) gebildet ist, der in einem Sektor sich in zwei Teilringe (17, 18) aufspaltet.

4. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagebereiche der Lagerkörper durch plane Flächen gebil­det sind.

5. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die planen Flächen unterschiedlich groß sind.

6. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerkörper einstückig mit den Gehäuseteilen ausgebildet sind.

Zeichnung