CH623700A5 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Wandler nach dem Oberbegriff des ersten Anspruches.

In einer Telephonteilnehmer-Station wird üblicherweise ein Kohlemikrophon als Sender und ein elektromagnetischer Empfänger verwendet. Obwohl eine solche Kombination eine zufriedenstellende Arbeitsweise ergibt, bewirkt die Notwendigkeit der Herstellung von zwei unterschiedlichen Typen von Wandlern relativ hohe Erzeugungskosten. Weiter müssen beide Wandlertypen zugänglich sein für Reparaturen und

Unterhalt der Telephonausrüstung.

Seit kurzem sind piezoelektrische Kunststoffilme erhältlich, welche elektrisch polarisiert und mit Oberflächenelektroden versehen werden können, so dass eine Änderung in den linearen Abmessungen des Films eine Potentialdifferenz zwischen den Elektroden bzw. eine Potentialdifferenz zwischen den Elektroden eine Änderung der linearen Abmessungen erzeugt. Im Besonderen zeigen elektrisch polarisierte Polyvinyliden-Fluorid(PVDF)-FiIme solche Eigenschaften.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, einen piezoelektrischen Wandler vorzusehen, der sich gleichermassen als Mikrophon wie auch als Hörer eignet.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des ersten Anspruchs genannten Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt einer piezoelektrischen Wandleranordnung;

Fig. 2 einen vergrösserten Querschnitt eines Teiles der Membran des Wandlers von Fig. 1 ;

Fig. 3 eine mehrlagige Membrankonstruktion;

Fig. 4 eine Membrankonstruktion mit Mehrfachlinsen;

Fig. 5 einen Querschnitt durch einen Wandler mit einer Membran gemäss Fig. 4;

Fig. 6 und 7 einen Querschnitt und eine Ansicht eines Wandlers, der für die Verwendung in einem Telephonhörer vorgesehen ist; und

Fig. 8 einen Querschnitt eines Wandlers mit einer kombinierten Membran.

Die in den Fig. 1 und 2 erläuterte Wandleranordnung weist ein Paar von Klemmringen 11 und 12 auf, zwischen welchen ein Paar piezoelektrische Kunststoffmembrane 13 und 14 geklemmt sind. Die Membranen sind elektrisch so polarisiert, dass sie sich in einer Anordnung «Rücken-gegen-Rücken» befinden und werden durch einen Körper 15 aus leichtem faserförmigem Material zwischen den Membranen 13 und 14 in linsenförmige Form gebracht. Diese Membran kann rechteckför-mig sein, kann aber auch, insbesondere bei Verwendung in einer Telephonteilnehmer-Station eine runde Form aufweisen. Die Füllung 15 besteht vorzugsweise aus einem synthetischen monofilaren Material.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist jede Kunststoffmembran mit Elektroden 21 und 22 versehen, welche Elektroden derart miteinander verbunden sind, dass die Membran im Gegentakt arbeitet, um deren Ausgangssignal maximal zu machen. Das Anlegen einer Wechselspannung an die Elektroden bewirkt, dass sich die Membranen ausdehnen und zusammenziehen und dadurch ein entsprechendes tonfrequentes Signal erzeugen. Anderseits bewirkt die Vibration der Membran in Folge eines tonfrequenten Signales die Erzeugung einer entsprechenden Wechselspannung.

Die obige Anordnung ist speziell für die Verwendung als Mikrophon gedacht, in welchem Falle es nützlich ist, die akustische Impedanz der Membran auf einen Wert zu reduzieren, der vergleichbar ist, mit der Lastimpedanz in freier Luft. Wenn ein Kopfhörer in Frage kommt, ist die akustische Lastimpedanz, welche in Betracht gezogen werden muss, jene des Ohres, welche um mehrere Grössenordnungen höher ist als jene von freier Luft. Es ist dann von Vorteil, die akustische Impedanz des Wandlers zu erhöhen, was in der in Fig. 3 gezeigten Art geschehen kann.

Fig. 3 zeigt eine Membrananordnung mit hoher Ausgangsimpedanz, bei welcher die linsenförmige Umhüllung 31 der Membrananordnung aufeinanderfolgende Schichten 32 aus piezoeletrischem Kunststoffilm aufweist, welche je mit nicht gezeigten Elektroden versehen sind, und derart miteinander

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verbunden sind, dass die Schichten jeder Muschelhälfte im Gleichtakt arbeiten, während die beiden Muscheln im Gegentakt arbeiten. Jede Seite kann bis zu zehn Lagen aufweisen, wobei die einzelnen Lagen durch dünne Luftschichten voneinander getrennt sind, welche akustisch gleichwertig sind einer starren Kopplung der axialen Bewegung der einzelnen Membranen.

Eine andere Konstruktion ist in Fig. 4 im Querschnitt gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Membran 14 aus einer PVDF-Folie hergestellt, welche im Gesamten gesehen in die Form einer Kugelkalotte gepresst ist und zusätzlich weiter eine Anzahl von kleinen kalottenförmigen Zellen 42 mit wesentlich geringerem Radius aufweist. Jede kleine Zelle bewegt sich individuell gesehen als eine Einheit bis zur oberen Grenze des in der Telephonie üblichen Frequenzbandes und die Gesamtheit der kleinen Zellen bewegt sich als Ganzes, weil die Membran eine Kalottenform aufweist. Das PVDF ist polarisiert, um piezoeletrisch zu sein, und Elektroden sind auf beiden Seiten der ganzen Membran angebracht.

Fig. 5 zeigt einen Wandler, der mit einer Membran von der in Fig. 4 gezeigten Art ausgerüstet ist, zusammen mit einer glatten, kalottenförmigen Membran 51, wobei die beiden Membranen durch ein Paar von Klemmringen 52 und 53 gehaltert sind. Letztere sind zwischen einer perforierten Montageplatte 54 und einer perforierten Frontabdeckung 55 in einem Kunststoffgehäuse 56 angeordnet. Leiter 57 verbinden die Membranelektroden mit Klemmen 58 am Gehäuse. Ein Druckausgleichsrohr 59 kann im Gehäuse ebenfalls vorgesehen sein. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel haben die individuellen Zellen der äussern Membran einen Durchmesser von ungefähr 5 mm und die ganze Membran ist aus einem 10 |im dicken PVDF-Film gepresst.

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Eine solche Membrananordnung kann in der in Fig. 1 gezeigten Art verwendet werden, das heisst mit einer Füllung aus faserförmigem Material.

Die Fig. 6 und 7 zeigen eine Wandleranordnung, die 5 gedacht ist für die Verwendung als Telephonhörer. In dieser Anordnung wurde die Kapazität der Konfiguration nach Fig. 1 reduziert mit geringem oder ohne Verlust von elektroakusti-schem Wirkungsgrad. Die kalottenförmige Membran 61 ist passiv und kann aus einem Polykarbonat oder aus PVC hergestellt io sein. Ein rechteckförmiger flacher Streifen 62 aus PVDF-Mate-rial ist auf einem Ring 63 montiert. Durch den Zusammenbau wird der Streifen 62 in die Form der Membran 61 gebracht, wobei der Streifen 62 etwas gestreckt wird. Beim Anlegen einer Signalspannung an nicht gezeigte Elektroden des PVDF-15 Streifens 62 bewirkt eine Polarität des Signales eine Vergrösse-rung der Länge des Streifens, so dass die Kraft auf die Membran 61 verringert wird, während die entgegengesetzte Polarität die Länge des Streifens verkleinert und dadurch die Kraft auf die Membran vergrössert.

20 Fig. 8 zeigt einen Wandler mit einer Membran mit einem Schichtaufbau. Die flache Membrananordnung 81 ist in einem Gehäuse 82 montiert und weist eine gestreckte Folie 83 aus Polystyren oder mikroporösem Polypropylen auf, auf welche beidseitig je eine Schicht 84 aus PVDF-Material aufgebracht 25 ist, zum Beispiel mit Hilfe eines Klebers. Die PVDF-Schichten 84 sind entgegengesetzt polarisiert, so dass sie im Gegentakt arbeiten, um die Membran zu verformen, wenn ein Signal angelegt wird.

Gegen aussen wird die Membrananordnung 81 durch eine 30 gewölbte und perforierte Frontabdeckung 85 abgeschlossen, während eine ebenfalls perforierte Montageplatte 86 den hintern Anschluss der Membrananordnung bildet.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

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   PATENTANSPRÜCHE 1. Piezoelektrischer Wandler für die Wandlung eines akustischen Signales in ein elektrisches Signal und umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler mindestens eine Membran (13,14; 31,32; 41,51 ; 83) aus einem polarisierten piezoelektrischen Material oder mit einer Beschichtung aus solchem Material aufweist, dass jede Schicht aus piezoelektrischem Material mit zwei Elektroden (21,22) zur Abnahme bzw. zum Anlegen des elektrischen Signales versehen ist.
2. 2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er zwei kalottenförmige Membranen (13,14) aus piezoelektrischem Kunststoffmaterial aufweist, dass die konkaven Seiten der Kalotten einander zugekehrt sind, dass die Ränder der Membranen durch ringförmige Glieder (11,12) gehaltert sind, und dass der Hohlraum zwischen den Membranen mit faserförmigem Material (15) gefüllt ist, um eine tiefe akustische Impedanz zu erhalten.
3. 3. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er zwei Sätze (31,32) mit je mehreren, voneinander beabstan-deten, kalottenförmigen Membranen aus piezoelektrischem Kunststoffmaterial aufweist, dass die konkaven Seiten der Membransätze einander zugekehrt sind, dass die beiden Membranensätze derart in einem ringförmigen Glied (33) gehaltert sind, dass die Hohlräume zwischen den Membranen jedes Satzes direkt abgeschlossen sind und dadurch eine quasistarre Kopplung der einzelnen Membranen und eine Erhöhung der akustischen Impedanz bewirken, und dass der Hohlraum zwischen den Membransätzen mit einem faserförmigen Material (15) gefüllt ist.
4. 4. Wandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (56), durch eine perforierte, kalottenförmige Frontabdeckung (55), durch eine vom Gehäuseboden beabstandete ebene Montageplatte (54), durch ein Paar von Klemmringen (52,53), durch zwei von den Klemmringen gehalterte und mindestens teilweise aufeinander aufliegenden kalottenförmige Membranen (41,51), welche beide auf die gleiche Seite gewölbt sind wie die Frontabdeckung, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die äussere der Membranen (41) mit einer Anzahl von kalottenförmigen Auswölbungen (42) versehen ist, deren Radius kleiner ist als der Kalottenradius der ganzen Membran.
5. 5. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er eine erste Membran (61) aus einem nichtpiezoelektrischen Kunststoffmaterial aufweist, welche durch eine streifenförmige zweite Membran (62) aus piezoelektrischem Material überspannt ist und den Bewegungen der ersten Membran folgt bzw. die erste Membran zu Bewegungen anregt.
6. 6. Wandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (82), durch eine perforierte, kalottenförmige Frontabdeckung (85), durch eine Montageplatte (86), durch einen Klemmringsatz und durch eine ebene Membrananordnung (81), bestehend aus einer Folie (83) aus nichtpiezoelektrischem Material, welche beidseitig mit je einer Schicht (84) aus piezoelektrischem Kunststoffmaterial versehen ist.