DE2202254B1 - Elektroakustischer Wandler,insbesondere Mikrophon fuer Fernsprechanlagen - Google Patents

Description

3 4

gnals von der Frequenzabhängigkeit der mechani- Form zu geben, die im Sinne der erfindungsgemäßen

sehen Auslenkung der Membran so abweicht, daß Lehre zur Beeinflussung des Frequenzganges er-

dieser Frequenzgang einem vorgegebenen Toleranz- wünscht ist. Diese Schwierigkeiten können gemäß

schema genügt. Die erfindungsgemäße Maßnahme einer anderen Weiterbildung der Erfindung da-

zeichnet sich offensichtlich durch besondere Einfach- 5 durch umgangen werden , daß die genannte

heit aus, da bei den in Frage stehenden Resonanzfre- Ausbildung der Gesalt der elektrisch wirksamen

quenzen das Schwingungsverhalten der Membran Fläche durch entsprechende Aussparungen in

selbst nicht beeinflußt zu werden braucht. der elektrischen Kontaktierung an wenigstens einer

Bei einer Membran bzw. bei einer in ihrem Rand- Oberfläche der Schicht piezoelektrischen oder piezobereich eingespannten Platte sind die Teilschwingun- io resistiven Materials bewirkt ist. Neben dem Vorteil gen höherer Ordnung bekanntlich durch eine unter- der einfacheren Herstellbarkeit bringt diese Weiterschiedliche Anzahl von Knotendurchmessern und/ bildung der Erfindung auch noch den Vorteil mit oder -kreisen gekennzeichnet. Besondere Bedeutung sich, daß die aus der Membran und der Schicht bekommt der vierten Teilschwingung zu, die der stehende Platte in mechanischer Hinsicht weitgehend Schwingungsmode 0,1 entspricht, die also durch das 15 homogen ist, wodurch ihr (mechanisches) Schwin-Vorhandensein eines Knotenkreises gekennzeichnet gungsverhalten im Vergleich zu einer Platte mit ist. Der Durchmesser dieses Knotenkreises und damit wechselnder Dicke verbessert wird,
die dieser Teilschwingung entsprechende Frequenz In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der kann durch eine geeignete Gestaltung der Membran- Erfindung dargestellt. Es handelt sich um ein insbeeinspannung innerhalb gewisser Grenzen so beein- 20 sondere für den Einbau in die Handapparate von flußt werden, daß diese Resonanzfrequenz an geeig- Fernsprechstationen vorgesehenes Mikrophon mit neter Stelle in dem zu übertragenden Frequenzbe- piezoelektrischem Wandler.

reich liegt. Es ist selbstverständlich, daß nicht nur die F i g. 1 zeigt die als Membran dienende Wandler-Art der Einspannung, sondern auch die übrigen aku- platte sowie andeutungsweise die Einspannelemente stischen und mechanischen Gegebenheiten, z. B. die 25 sowie Teile des Wandlergehäuses;
Beschaffenheit angekoppelter Luftvolumina, die ge- F i g. 2 und 3 zeigen unterschiedliche Schwinnannte Resonanzfrequenz beeinflussen. gungsformen der Wandlerplatte (Membran).

Eine Weiterbildung der Erfindung, die einen elek- Das nach der Lehre der Erfindung gestaltete Mitroakustischen Wandler mit einer kreisrunden Mem- krophon besteht gemäß Fig. 1 aus einer Trägerbran betrifft, ist dadurch gekennzeichnet, daß die 30 platte 1, die beispielsweise aus Aluminiumblech herelektrisch wirksame Fläche der Schicht piezoelektri- gestellt ist, der piezoelektrischen Keramikscheibe 2, sehen bzw. piezoresistiven Materials in Form eines die beidseitig mit den Ringelektroden 3 und 4 verse-Kreisringes ausgebildet ist, dessen Außen- und In- hen ist und die konzentrisch auf die Trägerplatte 1 nendurchmesser im Vergleich zu dem Durchmesser aufgeklebt ist. Die Trägerplatte 1 ist in ihrem Randdes bei der Schwingungsmode 0,1 auftretenden Kno- 35 bereich zwischen ein Ringschneidenlager 5 und einen tenkreises so gewählt sind, daß die Differenz zwi- elastischen Andruckring 6 eingespannt,
sehen dem elektrischen Signal, das bei der der ge- Wenn die in F i g. 1 dargestellte aus der Trägernannten Schwingungsmode entsprechenden Frequenz platte 1 und der piezoelektrischen Keramikscheibe 2 der Schwingungsbewegung des außerhalb des Kno- mit den Ringelektroden 3 und 4 bestehende Wandlertenkreises liegenden Teiles der piezoelektrischen 40 platte mit der ihrer Grundschwingung entsprechen- bzw. piezoresistiven Schicht entspricht, und dem der den Frequenz erregt wird, bildet sich die in F i g. 2 Schwingungsbewegung des innerhalb des Knotenkrei- angedeutete Schwingungsmode 0,0 aus. Sie ist dases liegenden Teils der piezoelektrischen bzw. piezo- durch gekennzeichnet, daß innerhalb der von der resistiven Schicht entsprechenden elektrischen Signal, Einspannung begrenzten Fläche der Wandlerplatte welche elektrischen Signale infolge des unterschiedli- 45 weder Knotendurchmesser noch Knotenkreise entstechen Krümmungsvorzeichens beider Teile der hen. Zur Vermeidung einer unerwünschten Reso-Schicht unterschiedliche Polung aufweisen, einen nanzüberhöhung wird diese Grundschwingung in alldem gewünschten Frequenzgang entsprechenden gemein bekannter und in der Zeichnung nicht darge-Wert besitzt. stellter Weise durch einen Kompensations-Resonator

Durch die erfindungsgemäße Lehre kann ein elek- 50 gedämpft.

troakustischer Wandler hergestellt werden, bei dem In F i g. 3 ist das Schwingungsverhalten der Wandsowohl die der ersten Teilschwingung (Grundreso- lerplatte bei der der Schwingungsmode 0,1 entsprenanz) als auch die der vierten Teilschwingung chenden Frequenz dargestellt. Diese Schwingungs-(Schwingungsmode 0,1) entsprechenden Frequenzen mode ist dadurch gekennzeichnet, daß sich in dem innerhalb des interessierenden Frequenzbereichs lie- 55 innerhalb der Einspannung befindlichen Teil der gen, bzw. diesem benachbart sind. Dabei kann die Plattenfläche ein Knotenkreis, jedoch kein Knotenstörende Resonanzüberhöhung bei der der Grund- durchmesser ausbildet. Aus der Zeichnung ist erschwingung entsprechenden Frequenz in bekannter sichtlich, daß die dem Knotenkreis beidseitig benach-Weise beispielsweise durch einen angekoppelten ent- barten Teile der piezoelektrischen Keramikscheibe sprechend abgestimmten Resonator bedämpft wer- 60 unterschiedliches Krümmungsvorzeichen haben, woden, während die Amplitude in der Umgebung der durch die entsprechenden Beiträge zum abgegebenen der vierten Teilschwingung entsprechenden Frequenz elektrischen Signal unterschiedlich gepolt sind und durch die erfindungsgemäße Gestaltung der elek- einander zumindest teilweise kompensieren. Dadurch trisch wirksamen Fläche der Piezoschicht beeinflußt wird eine unerwünschte Resonanzüberhöhung bei werden kann. 65 der der Schwingungsmode 0,1 entsprechenden Fre-

Wegen der großen Zerbrechlichkeit der piezoelek- quenz vermieden.

trischen bzw. piezoresistiven Materialien ist es ver- Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wandler-

gleichsweise schwierig, dieser Schicht insgesamt die platte ist folgendermaßen bemessen:

Die aus Aluminiumblech bestehende Trägerplatte 1 besitzt einen Durchmesser von 43 mm und eine Stärke von 0,25 mm. Die piezoelektrische Keramikscheibe 2 besitzt einen Durchmesser von 30 mm und eine Stärke von 0,15 mm. Die beidseitig aufgebrachten Ringelektroden 3 und 4 haben einen Außendurchmesser von 29 mm, der Durchmesser der Innenaussparung beträgt etwa 8 mm. Das Ringschneidenlager 5 weist einen Durchmesser von 41 mm auf.

Wenn diese Wandlerplatte in bekannter Weise mit einem Kompensations-Resonator gekoppelt ist, bildet sich eine Grundschwingung von etwa 1,8 kHz aus. Die der Schwingungsmode 0,1 entsprechende Frequenz beträgt etwa 5 kHz. Ohne die erfindungsgemäße Aussparung 7 in den Ringelektroden beträgt die Resonanzüberhöhung bei der Schwingungsmode 0,1 etwa 20 bis 30 db. Wenn die Ringelektroden 3 und 4 hingegen mit der erfindungsgemäßen Aussparung versehen sind, geht diese unerwünschte Resonanzüberhöhung auf den Wert 0 bis ±3 db zurück.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 zwischen den akustischen Bestimmungsgrößen des Patentansprüche: Schallfeldes und den elektrischen Größen des Wand lers im interessierenden Frequenzbereich möglichst

1. Elektroakustischer Wandler, insbesondere konstant ist bzw. innerhalb eines vorgegebenen Mikrophon für Fernsprechanlagen, mit einer 5 Toleranzschemas liegt, mit anderen Worten, es soll Membran, die auf zumindest einem Teil ihrer angestrebt werden, daß der sogenannte Frequenzschwingungsfähigen Oberfläche mit wenigstens gang des Wandlers im interessierenden Frequenzbeeiner Schicht piezoelektrischen oder piezoresisti- reich möglichst linear verläuft bzw. sich innerhalb ven Materials versehen ist und deren Schwin- der von einem vorgeschriebenen Toleranzschema gegungsverhalten im interessierenden Frequenzbe- io gebenen Begrenzungen bewegt.

reich in ihren Schwingungsmoden durch ihre Die Frequenzabhängigkeit des erwähnten Zusam-Form und Einspannung vorgegeben ist, da- menhangs zwischen den Bestimmungsgrößen des durch gekennzeichnet, daß die Gestalt Schallfeldes und den elektrischen Größen des Wandder elektrisch wirksamen Fläche dieser Schicht lers wird insbesondere durch die Frequenzabhängigpiezoelektrischen oder piezoresistiven Materials 15 keit des aus der Membran und den angekoppelten unter Berücksichtigunig des Schwingungsverhal- Lufträumen od. dgl. bestehenden schwingungsfähigen tens der Membran so ausgebildet ist, daß der Fre- mechanischen Gebildes bestimmt. Im Gegensatz zu quenzgang des der Biegungsbewegung des pie- den Membranen hochwertiger Schallempfänger, die zoelektrischen bzw. piezoresistiven Materials ent- derart eingespannt und angeordnet werden können, sprechenden elektrischen Signals von der Fre- ao daß die der Schwingungsmode 0,0 entsprechende Requenzabhängigkeit der mechanischen Auslenkung sonanzfrequenz weit oberhalb des interessierenden der Membran so abweicht, daß dieser Frequenz- Frequenzbereichs liegt und bei denen deshalb der gang einem vorgegebenen Toleranzschema ge- Zusammenhang zwischen den Bestimmungsgrößen nügt. des Schallfeldes und der mechanischen Auslenkung

2. Elektroakustischer Wandler mit einer kreis- as der Membran in diesem Frequenzbereich praktisch runden Membran nach Anspruch 1, dadurch ge- frequenzunabhängig ist, ist es bei elektroakustischen kennzeichnet, daß die elektrisch wirksame Fläche Wandlern für Fernsprechzwecke im allgemeinen aus der Schicht piezoelektrischen bzw. piezoresistiven Gründen des Wirkungsgrades nicht möglich, die Materials in Form eines Kreisringes ausgebildet Eigenresonanzen der Membran gänzlich außerhalb ist, dessen Außen- und Innendurchmesser im 30 des interessierenden Frequenzbereichs zu wählen. Vergleich zu dem Durchmesser des bei der Um dennoch die Frequenzabhängigkeit des elektro-Schwingungsmode 0,1 auftretenden Knotenkrei- akustischen Übertragungsfaktors zu verringern bzw. ses so gewählt ist, daß die Differenz zwischen um zu erreichen, daß sich sein Frequenzgang innerdem elektrischen Signal, das bei der der genann- halb eines vorgeschriebenen Toleranzschemas beten Schwingungsmode entsprechenden Frequenz 35 wegt, ist es bekannt, derartige Wandler mit entspreder Schwingungsbewegung des außerhalb des chend abgestimmten Resonatoren auszurüsten, mit Knotenkreises liegenden Teiles der piezoelektri- deren Hilfe Resonanzspitzen kompensiert werden sehen bzw. piezoresistiven Schicht entspricht, und können.

dem der Schwingungsbewegung des innerhalb des In neuerer Zeit werden Versuche unternommen, Knotenkreises liegenden Teils dieser Schicht ent- 40 die bisher in der Fernsprechtechnik üblichen eleksprechenden elektrischen Signal, welche elektri- troakustischen Wandler, die als elektromagnetische, sehen Signale infolge des unterschiedlichen elektrodynamische bzw. als Widerstandswandler Krümmungsvorzeichens beider Teile der Schicht (Kohlemikrophon) ausgebildet sind, durch Wandler unterschiedliche Polung aufweisen, einen dem ge- zu ersetzen, die von den piezoelektrischen Eigenwünschten Frequenzgang entsprechenden Wert 45 schäften bestimmter Stoffe Gebrauch machen. Die besitzt. Erfindung geht von dieser Wandlerart aus. Es liegt

3. Elektroakustischer Wandler nach An- hier die Aufgabe zugrunde, den Frequenzgang derarspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die tiger Wandler durch besonders einfache Maßnahmen genannte Ausbildung der Gestalt der elektrisch derart zu beeinflussen, daß er den einem vorgegebewirksamen Fläche durch entsprechende Ausspa- 50 nen Toleranzschema entsprechenden Forderungen rungen in der elektrischen Kontaktierung an we- genügt, ohne daß sein Wirkungsgrad beeinträchtigt nigstens einer Oberfläche der Schicht piezoelek- wird.

trischen bzw. piezoresistiven Materials bewirkt Ausgehend von einem elektroakustischen Wandist, ler, insbesondere einem Mikrophon für Fernsprech-

55 anlagen, mit einer Membran, die auf zumindest einem Teil ihrer schwingungsfähigen Oberfläche mit

wenigstens einer Schicht piezoelektrischen oder piezoresistiven Materials versehen ist und deren Schwingungsverhalten im interessierenden Frequenzbereich 60 in ihren Schwingungsmoden durch ihre Form und Einspannung vorgegeben ist, wird die genannte Auf-

Die Erfindung betrifft einen elektroakustischen gäbe dadurch gelöst, daß die Gestalt der elektrisch Wandler, insbesondere ein Mikrophon für Fern- wirksamen Fläche dieser Schicht piezoelektrischen Sprechanlagen, mit einer in ihrem Randbereich ein- oder piezoresistiven Materials unter Berücksichtigespannten, auf Biegung beanspruchten Membran. 65 gung des Schwingungsverhaltens der Membran so Eine der bei der Herstellung elektroakustischer ausgebildet ist, daß der Frequenzgang des der Bie-Wandler zu lösenden Aufgaben besteht bekanntlich gungsbewegung des piezoelektrischen bzw. piezoredarin, dafür Sorge zu tragen, daß der Zusammenhang sistiven Materials entsprechenden elektrischen Si-