DE2520838C2

DE2520838C2 - Piezoelektrisches Lautsprechersystem

Info

Publication number: DE2520838C2
Application number: DE2520838A
Authority: DE
Inventors: Shouzo Tokorozawa Saitama Kinoshita
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1974-05-10
Filing date: 1975-05-09
Publication date: 1985-07-04
Also published as: DE2520838A1; JPS50142021U; GB1513784A; US3978353A; JPS5220297Y2

Description

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Die Erfindung betrifft ein piezoelektrisches Lautsprechersystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der DE-OS 19 02 849 ist ein Wandler zum Umwandeln elektrischer Energie in mechanische Energie oder Schallenergie bekannt, bei dem federnde Elemente rund um den Umfang eines zylindrischen Grundkörpers angeordnet sind, wobei eine Schwingplatte mit der Außenfläche der federnden Elemente verbunden sind. Ein Schallsender und ein Schallempfänger sind jeweils an der oberen b/w. an der unteren Fläche des Grundkörpers angeordnet. Die Schwingplatte weist Elektroden auf, die mit ihren beiden Seiten verbunden oder auf diesen niedergeschlagen sind. Die Schwingplatte kann als regelmäßiger vieleckiger Zylinder über die federnden Elemente rund um den Grundkörper so angeordnet sein, daß diese federnden Elemente in gleichen Abständen um den Grundkörper vorgesehen sind. Die betreffenden Schwingzonen schwingen bzw. bewegen sich parallel oder hin und her auswärts bzw. einwärts, so daß eine besondere Richtcharakteristik erhalten werden kann und die Schallenergie in einer zu den Schwingzonen scnkreihien Rkhtung abgestrahlt wird. Fine seleklive Anregung einzelner Schwingzonen ist jedoch nicht möglich.

Mit dem aus der DE-OS 19 02 849 gekannten Wandler kann also kein Lautsprechersystem geschaffen werden, bei dem die Abstrahl· oder Richtcharakteristik zwisehen richtfreier Charakteristik und Einrichtungs-Charakteristik ohne weiteres einstellbar sind. Die Steuerung oder Einstellung der Richtwirkung zur Gewährleistung verschiedener Richtcharakteristiken ist nicht nur zur Einstellung des Lautsprechersystems auf die jeweiligen Gegebenheiten, sondern auch, um der persönlichen Vorliebe eines Zuhörers oder den Bedingungen in einen Vorführraum zu entsprechen, wünschenswert.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines piezoelektrischen Lautsprechersystems, dessen Richteigenschafien bzw. -Charakteristiken durch selektive Betätigung von Schwingzonen variabel sind.

Diese Aufgabe wird bei einem Lautsprechersystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnenden Teil enthaltenen Merkmale gelöst

Die Erfindung ermöglicht ein Lautsprecheisystem bei dem die Richteigenschaften oder -Charakteristiken durch Anlegung von Signalen mit unterschiedlicher Phasen und/oder unterschiedlichen Pegeln an die jeweiligen Schwingzonen veränderbar sind.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Lautsprechers.

F i g. 2 eine teilweise aufgeschnittene perspektivische Darstellung einer Trägeranordnung,

F i g. 3 eine schematische Darstellung einer Abwicklung der Membran und einer Schaltungsanordnung für diese,

F i g. 4 eine graphische Darstellung der mit der Konstruktion gemäß F i g. 3 erzielten Abstrahl- oder Richtcharakteristik.

F i g. 5 eine schematische Darstellung einer abgevandelten Ausführungsform der Schwingeinrichtung und einer Membran für diese,

F i g. 6 eine schematische Darstellung einer weiter abgewandelten Ausführungsform einer Membran nebst einer Schaltungsanordnung dafür,

F i g. 7 eine graphische Darstellung der Richtcharakteristik bei der Ausführungsform gv. .räß F i g. 5 und

F i g. 8 eine F i g. 7 ähnelnde Darstellung der mit der Ausführungsform gemäß Fig. 5 erzielbaren Richtwirkung.

Die in den F i g. 1 bis 4 dargestellte Ausführungsform der Erfindung weist eine Trägeranordnung 1 sowie eine Membran 2 in Form einer dünnen Folie aus einem hochmolekularen Polymeren auf, wobei diese Folie piezoelektrische Eigenschaften sowie Flexibilität besitzt und in zylindrischer (Wickel-)Form durch die Trägeranordnung 1 gehaltert ist.

Wie in F i g. 2 beispielhaft veranschaulicht ist, besteht die Trägeranordnung 1 aus zwei kreisförmigen Grundplatten 3 und 4, die parallel zueinander angeordnet sind, einem mit einer Anzahl kleiner öffnungen versehenen und die beiden Grundplatten 3 und 4 miteinander verbindenden, zylindrischen Tragglied 5, einem Schaliabsorptionselement 6 aus einem Schallabsorptionsmaterial, wie Glaswolle o. dgl., das in das zylindrische Tragglied 5 eingefüllt ist, und einem um den I tmfang des zylindrischen Tragglieds 5 herumgelcgten. elastischen Stützglied 7. welches der Membran 2 fur ihre Schwin gung in Richtung senkrecht zu ihrer Ebene Elastizität und/oder Spannung verleiht.

Das Innere des zylindrischen Tragglieds 5 kann vorzugsweise durch aus Filz o. dgl. bestehende und parallel zu den Grundplatten 3 und 4 angeordnete Trcnnglieder 8 in mehrere Kammern unterteilt sein. Die Trenngliedcr 8 können dabei auch auf andere zweckmäßige Weise im Tragglied 5 angeordnet sein, z. B. parallel zur Achse des

Tragglieds 5, so daß sie dessen Innenraum in kleine Kammern unterteilen. Die auf diese Weise gebildeten kleinen Kammern im Tragglied 5 bewirken eine zweckmäßige Erhöhung der Resonanzfrequenz des Tragglieds 5 unter Gewährleistung eines gewünschten Schallab-Sorptionseffekts mit einer kleineren Menge des Schallabsorptionselements β als im Fall eines zylindrischen Tragglieds 5 ohne Trennwände.

Wie erwähnt und v/ie aus F i g. 3 hervorgeht, weist die Membran 2 eine dünne Folie 9 aus einem hochmolekularen, einer Behandlung zur Verleihung piezoelektrischer Eigenschaften unterworfenen Polymeren, z. B. eine Folie aus Polyvinylidenfluorid (PVF2), Polyvinylfluorid (PVF), Polyvinylchlorid (PVC), Nyion-11 oder PoIypeptid (PMG) usw., sowie an den Enden der Folie 9 angebrachte Halter 10 und 11 auf. Auf beide Seiten der Folie 9 sind als Elektroden Meta'ilfilme aus z. B. Aluminium o. dgl. aufgeklebt oder aufgedampft Die Folie 9 ist unter Halterung durch die Trägeranordnung 1 in zylindrischer Form um diese herumgelegt, so daß die Expansions- und Kontraktionsrichtung de^r Folie 9 der Umfangsrichtung der Trägeranordnung 1 angepaßt ist, und sie ist an beiden Seiten mit zwei Elektroden versehen, die im Mittelbereich der Folienlänge in Unifangsrichtung der Folie 9 voneinander getrennt sind und Schwingzonen 9/4 und 95 festlegen. Der Halter 10 für die Schwingzone 9/4 weist an seiner einen Seite zwei leitende Elemente 13 und 14, wie gedruckte Leitungszüge o. dgl., auf, die, getrennt durch eine Nut oder ein Isolierelement 12, nebeneinander angeordnet sind. An das leitende Element 13 ist die Elektrode der Innenseite des Schwingbereichs 9/4 mit Hilfe eines leitfähigen Klebemittels angeschlossen, während mit dem leitenden Element 14 die Elektrode der Außenseite der Schwingzone 9ß über einen Anschluß 15 verbunden ist. Auf ähnliche Weise ist der Halter 11 für die Zone 9ß mit leitenden Elementen 17 und 18 versehen, die durch eine Nut oder ein isolierelement 16 voneinander getrennt sind. Das leitende Element 17 ist mit der Elektrode der Innenseite der Schwingzone 96 über ein leitfähiges Klebmittel verbunden, während das leitende Element 18 mit der Elektrode an der Außenseite der Schwingzone 9b verbunden ist.

Bei der Anbringung des Schwingglieds bzw. der Membran 2 an der Trägeranordnung 1 gemäß Fig. 1 wird der Halter If <n einen in der ""Yägeranordnung 1 vorgesehenen Schlitz 5 eingehängt, worauf die Folie 9 unter Anpressung und Festlegung des elastischen Stützglieds 7 um dieses herumgelegt und anschließend der Halter 10 in den Schlitz Seingesetzt wird.

Da das Stützglied 7 bei dem auf die beschriebene Weise erfolgenden Herurr.Iegen der Folie 9 einem einseitigen oder lokal erhöhten Druck unterworfen werden kann, kann sich die Schwierigkeit ergeben, daß die Membran 2 nicht einwandfrei anliegt oder gleichmäßig um das Stützglied 7 herumgelegt ist. Diese Schwierigkeit läßt sich jedoch bei gleichzeitiger Gewährleistung einwandfreier Spannung und/oder Elastizität um den gesamten Umfang des Stützglieds 7 herütn dadurch lösen, daß die Membran 2 entgegengesetzt zur Richtung des angelegten Drucks getrieben bzw. gestrichen wird.

Die leitenden Elemente 13,14,17 und 18 sind, wie in F i g. 3 beispielhaft dargestellt ist, an eine Eingangsklemme 20 über mechanisch verblockte Schalter 5VKi und 1SW2 angeschlossen, die so miteinander gekoppelt sind, daß sie gleichzeitig betätigbar sind. Aus dem Schaltbild von F i g. 3 geht hervor, daß dann, wenn die bewegbaren Kontakte der Schalter SW\ und SW2 an einem festen Kontaktteil a anliegen, die Schwingzonen 9/4 und 9ß mil der gleichen Polarität parallel zueinander geschaltet sind. Die in zylindrischer Form gehalterte Polymer-Folie 9 schwingt dann derart, daß sie sich, wie bei einem Atmungsvorgang, auswärts und einwärts ausdehnt und zusammenzieht und dabei eine praktisch gleichmäßige Richtwirkung gewährleistet, d. h. eine ungerichtete bzw. richtfreie Charakteristik in einer Ebene senkrecht zur Achse der zylindrisch angeordneten Folie 9, wie dies in F i g. 4 bei χ angedeutet ist. Wenn die bewegbaren Kontakte an je einen festen Kontaktteil b umgelegt sind, sind die betreffenden Elektroden der Schwingzonen 9/4 und 9ß an entgegengesetzte Polaritäten angeschlossen, so daß sich die von ihnen abgestrahlten Schallwellen an den Grenzabschnitten der Schwingzonen 9/4 und 9ß gegenseitig aufheben und somit eine in F i g. 4 bei y angedeutete, einer »8« ähnelnden Abstrahl- oder Richtcharakteristik gewährleisten. Werden die beweglichen Koniakte an einen festen Kontaktteil c umgeschaltet, so wird nur in der Schwingzone 9ß ein Eingangssignal angelegt, so daß die Richtwirkung .. ;f die Zone 9ß beschränkt ist und ein in F i g. 4 bei ζ ang 'deutete Richtcharakteristik gewährleistet wird, wodurch der Lautsprecher einseitig gerichtete Eigenschaften erhi?'t. Das etwa umgekehrt T-förmige Schallfeld in der Schwingzone 9/4 ' eruht auf der Erscheinung, daß die Schwingung in der Schwingzone 9ß über das elastische Stützglied 7 und das Schallabsorptionselement 6 erscheint.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform werden Eingangssignale selektiv an jede der Schwingzonen 9/4 und 9ß angelegt, oder es werden Eingangssignale unterschiedlicher Phase an die betreffenden Schwingzonen 9/4 und 9ß angelegt, um die Richtcharakteristik entsprechend zu variieren oder zu steuern. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß weiter abgewandelte Richtcharakteristiken dadurch erzielt werden können, daß Eingangssignale mit unterschiedlichen Pegeln und unterschiedlichen Phasen an die betreffenden Schwingzonen 9/4 und 9ßangelegt werden.

F i g. 5 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung, bei welcher an die Schwingzonen 9A und 9ß Eingangssignaie mit verschiedenen Phasen und Pegeln anlegbar sind. Beispielsweise sind dabei ein Transformator 21 und ein Wählschalter SW₁ über zweckmäßige Schaltkreise miteinander verbunden um an die Schwingzonen 94, 9ß Eingangssignale mit um einen Winkel von 180° voneinander abweichenden Phasen und unterschiedlichen Pegeln anlegen zu können. Der Transformator 21 weist dabei für jedes System eine Sekundärwicklung 21A und 21S auf. wobei die Wicklungszahl der Sekundärwicklung 21/4 das Doppelte derjenigen der Sekundärwicklung 21 ß beträgt. Die SekundS¹"-wicklung 21A weist mehrere in vorbestimmten Abständen ungeordnete Anzapfungen mit einer Mittelanzapfung auf. !n dem den Transformator 21, den Wählschalter SWi und die Elektroden der jeweiligen £:hwingzonen 9-4 und 9Smiteinander verbindenden Schaltkreis ist die eine Ausgangsklemme der Sekundärwicklung 21B zn das leitende Element 14 der Schwingzone 9/4 angeschlossen, während die andere Ausgangsklemme mit der Mittelanzapfung der Sekundärwicklung g 21A, dem leitenden Element 13 der Schwingzone 9/4 Uiid dem leitenden Element 17 der Schwingzone 9ß verbunden ist. Jede Anzapfung der Sekundärwicklung 21/4 ist an einen zugeordneten festen Kontakt S\ bis 5io des Wählschalters SWi angeschlossen. Ein beweglicher Kontakt So des Wählschalters SW^ ist mit dem leitenden Element 18 der Schwingzona 9ß verbunden. Bei diesem Aufbau

besitzt beim Umschalten des Wählschalters SWi z. B. durch Verbindung des beweglichen Kontakts 5b mit dem festen Kontakt 5i die an die Schwingzone 9A angelegte Signalspannung die gleiche Phase und den gleichen Pegel wie die an die Zone 9ß angelegte Signalspannung, so daß sich eine richtfreie Abstrahlcharakteristik ergibt. Wenn der bewegliche Kontakt So auf den mit der Mitteianzapfung der Sekundärwicklung 2iA verbundenen Kontakt SV umgelegt wird, wird die an die Elektrode der Schwingzone 9Λ angelegte Signalspannung zu Null, wobei nur die Zone 9ß aktiviert wird, so daß sie eine einseitig gerichtete Abstrahlcharakteristik gewährleistet. Wenn weiterhin der bewegbare Kontakt S_n mit dem Kontakt Su verbunden wird, besitzen die an die Zonen 9-4 und 9ß angelegten Signalspannungen die gleichen Pegel, jedoch entgegengesetzte Phasen, so daß eine »8«-förmige Abstrahlcharakteristik hervorgebracht wird. Die Kontakte S,— 56 sind vorgesehen, um die Hegel der üignalspannungen bei Autrechterhaitung gleicher Phasen derselben zu variieren, während die Kontakte S* — S\2 zum Differenzieren der Pegel der Signalspannungen in den entgegengesetzten Phasen dienen. Die dabei erzielten Rieht- oder Abstrahlcharakteristiken sind in den F i g. 7 und 8 veranschaulicht. F i g. 7 zeigt dabei die bei Verbindung des Kontakts Sb mit den Kontakten Si bis Si erzielte Abstrahlcharakteristik, während F i g. 8 die bei Verbindung des Kontakts Sb mit den Kontakten S?-S10 erzielte Abstrahlcharakteristik zeigt. In den F i g 7 und 8 beziehen sich die die einzelnen Kennlinien bezeu senden Ziffern auf die Dämpfungsgröße (in db) der an die Schwingzone 9/4 angelegten Signalspannung in bezug auf die an die Schwingzone <3b angelegte Signalspannung.

F i g. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher eine elektronische Schaltung verwendet wird, um sowohl die Phasen (um einen Winkel von

ιολ->ϊ -ι- u j;« d_a.,_ai ,J_n- «« Aia CAW...;_nl»A_nan α λ

IUV / ai3 auiii UIw ι VgVi \jvi mi uiv *jvu ττ iiigcuiivii Jr» und 9ß anzulegenden Signale zu variieren. Genauer gesagt, sind dabei Signalsysteme A und ß vorgesehen. Das Signalsystem A ist an den Kollektor eines Transistors Tr angeschlossen, während das Signalsystem B mit dem Transistor Tr über einen Wählschalter SW, verbunden ist. der seinerseits zwischen Kollektor und Emitter des Transistors Tr eingeschaltet und somit selektiv entweder mit dem Kollektor oder mit dem Emitter des Transistors Tr verbindbar ist. Das Signalsystem A ist über einen Verstärker 22A mit den Elektroden der Schwingzone 9.4 verbunden, während das Signalsystem B über einen Regelwiderstand 23 und einen Verstärker 22B an die Elektroden der Schwingzone 9ß angeschlossen ist Die an die Schwingzonen 9,4 und 9ß angelegten Signale besitzen die gleiche Phase, wenn der bewegliche Kontakt des Wählschalters SWi mit einem Kontakt a verbunden ist und sie besitzen die entgegengesetzten Phasen (unter Einhaltung eines Winkeis von 180°), wenn dieser bewegliche Kontakt an einem Kontakt b anliegt, wobei die Pegel der Signalspannimgen durch Einstellung des Regelwiderstands 23 variiert werden.

Wie vorstehend beschrieben, können verschiedene oder vielfältige Rieht- oder Abstrahlcharakteristiken dadurch erzielt werden, daß Signale selektiv an eine der Schwingzonen 9A oder 9ß angelegt werden oder daß die betreffenden Zonen 9Λ und 9S mit Signalen unterschiedlicher Phasen und/oder unterschiedlicher Pegel gespeist werden, so daß sich ganz spezielle Klangeigenschäften und besondere akustische Wirkungen ergeben.

In diesem Zusammenhang ist noch zu beachten, daß um die Trägeranordnung mehrere Folieneiemente unter Bildung einer zylindrischen Membran herumgelegt werden können, um eine Anzahl von Schwingzonen zu bilden, anstatt nur ein einziges Foiienelement der beschriebenen Art mit mehreren Schwingzonen zu verwenden. Wahlweise können mehrere Folieneleniente mit jeweils mehreren Schwingzonen unter Bildung einer zylindrischen Membran um die Trägeranordnung herumgelegt werden, um weiter verfeinerte, wandelbare Rieht- oder Abstrahlcharakteristiken zu gewährleisten.

Schließlich ist noch zu erwähnen, daß das elastische Stützglied 7 nicht unbedingt erforderlich ist. Vielmehr kann dieses elastische Stützglied durch ein beliebiges anderes Mittel ersetzt werden, welches einer Membran Elastizität und/oder Spannung zu verleihen vermag.

Zusammenfassend wird mit der Erfindung also ein verbessertes piezoelektrisches Lautsprechersystem mit einer in zylindrischer Form gehalterten piezoelektrischen Membran mit mehreren Schwingzonen geschaffen, wobei die Rieht- oder Äbstrahieigenschafien je nach Erfordernis oder Vorliebe des Zuhörers leicht regel- oder steuerbar sind.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Piezoelektrisches Lautsprechersystem aus einer zylindrischen Trägeranordnung (1) und aus einer oder mehreren piezoelektrischen Folien (2) mit an deren beiden Enden vorgesehenen Haltemitteln (10, 11), die mit der zylindrischen Trägeranordnung (1) in Eingriff stehen und die Folie(n) unter Ausübung einer vorbestimmten Zugspannung auf die Folie(n) um die Trägeranordnung (1) herum halten und dabei eine zylindrische Membran bilden, die an jeder Seite Elektroden aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Seite der Membran mehrere Elektroden (13, 14, 17, 18) vorgesehen sind, welche Schwingzonen (9A, 9B) in einer der Zahl der Elektroden (13, 14, 17, 18) entsprechenden Zahl bilden, und daß eine Einrichtung (20, 5Wl, SW2) vorgesehen ist, die wahlweise Signale an die Elektroden (13, 14,17,183 «igt.

2. Lautsprechersystem nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß an die jeweiligen Schwingzonen (9/4. 9B) Signale unterschiedlicher Pegel durch die Einrichtung (20, SW1, SW 2) anlegbar sind.

3. Lautsprechersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Jeweiligen Schwingzonen (9/4,9B) Signale unterschiedlicher Phasen durch die Einrichtung (20,SW1. SW2) anlegbar sind.

4. Lautsprechersystem nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß an die jeweiligen Schwingzonen (9/4. 9S) Signale unterschiedlicher Phasen und Pegel durch die Einrichtung '20, SWl, SW2) anlegbar sind.