DE202011002840U1

DE202011002840U1 - Piezoelectric area loudspeaker

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Publication number: DE202011002840U1
Application number: DE202011002840U
Authority: DE
Original assignee: HO HSIN PROGRESSIVE Tech CO Ltd
Current assignee: HO HSIN PROGRESSIVE Tech CO Ltd
Priority date: 2011-02-17
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2011-06-30
Anticipated expiration: 2021-02-18

Abstract

Piezoelektrischer Flächenlautsprecher, umfassend einen Rahmen (10), der mehrere Schenkel (11, 12) und einen von den Schenkeln (11, 12) umgebenden Zentralfreiraum (13) aufweist, piezoelektrische Aktuatoren (20), die an zwei gegenüberliegenden Schenkeln (11) des Rahmens (10) angeordnet sind und jeweils mehrere beabstandete piezoelektrische Scheiben (21) mit zwei Modi aufweisen, und eine Schwingungserzeugungsmembran (30), die im Zentralfreiraum (13) des Rahmens (10) angeordnet ist, wobei zwei gegenüberliegende Seiten der Schwingungserzeugungsmembran (30) an den piezoelektrischen Scheiben (21) mit zwei Modi der piezoelektrischen Aktuatoren (20) befestigt sind und die anderen zwei gegenüberliegenden Seiten der Schwingungserzeugungsmembran (30) von dem Rahmen (10) einen Abstand haben.Piezoelectric panel loudspeaker, comprising a frame (10) which has several legs (11, 12) and a central free space (13) surrounding the legs (11, 12), piezoelectric actuators (20) which are attached to two opposite legs (11) of the Frame (10) are arranged and each have a plurality of spaced apart piezoelectric disks (21) with two modes, and a vibration generating membrane (30) which is arranged in the central free space (13) of the frame (10), with two opposite sides of the vibration generating membrane (30) are attached to the piezoelectric discs (21) with two modes of the piezoelectric actuators (20) and the other two opposite sides of the vibration generating diaphragm (30) are spaced from the frame (10).

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Flächenlautsprecher, der piezoelektrische Aktuatoren verwendet, die jeweils mehrere piezoelektrische Scheiben mit zwei Modi besitzen und eine Schwingungserzeugungsmembran, die an einem Rahmen befestigt ist, in Schwingung versetzt, wobei die Resonanzerscheinung durch die Polarizität der Antriebsspannung der piezoelektrischen Scheiben mit zwei Modi verstellt werden kann, wodurch ein großer Tonbereich und ein hoher Schalldruck erreicht wird, so dass ein besserer piezoelektrischer Flächenlautsprecher erhalten wird.The present invention relates to a piezoelectric surface loudspeaker using piezoelectric actuators each having a plurality of piezoelectric discs having two modes and vibrating a vibration generating membrane fixed to a frame, the resonance phenomenon being characterized by the polarity of the driving voltage of the two-mode piezoelectric discs can be adjusted, whereby a large sound range and a high sound pressure is achieved, so that a better piezoelectric area speaker is obtained.

Stand der TechnikState of the art

Schall wird durch die Schwingung eines Gegenstands mit Tonfrequenz erzeugt. Der Lautsprecher verwendet üblicherweise eine Schwingungserzeugungsmembran, die von einem elektrischen Aktuator oder von der Luft in Schwingung versetzt wird. Da die elektronischen Produkte immer kompakter ist, ist der Lautsprecher auch immer dünner. Dadurch entsteht der Flächenlautsprecher. Der herkömmliche elektrodynamische Lautsprecher kann eine kompakte Form nicht erreichen. Daher ist eine kompakte Form mit guter Schallqualität die Aufgabe der Entwicklung des Lautsprechers.Sound is generated by the vibration of an object with sound frequency. The loudspeaker usually uses a vibration generating membrane which is vibrated by an electric actuator or the air. As the electronic products become more compact, the speaker is always thinner. This creates the area speaker. The conventional electrodynamic speaker can not reach a compact shape. Therefore, a compact form with good sound quality is the task of developing the speaker.

Der piezoelektrische Flächenlautsprecher verwendet eine piezoelektrische Scheibe als Aktuator, die auf das Blech des Aktuators geklebt wird. Der Schwingungsmodus des Aktuators wird in den Biegemodus umgewandelt und erzeugt in Verbindung mit der Luft einen Schall. Der piezoelektrische Lautsprecher weist üblicherweise zwei scheibenförmige Materialien auf und ist durch eine kompakte Form gekennzeichnet. Daher ist der piezoelektrische Lautsprecher für die elektronischen Produkte geeignet. Da der piezoelektrische Lautsprecher ein Blech mit höherer Steifigkeit als Schwingungserzeugungsmembran verwendet, ist es nachteilig für den Niedertonbereich, so dass der piezoelektrische Lautsprecher das Problem mit dem Hochton hat. Daher sind neben der kompakten Form die Verbesserung des Niedertonbereiches und die Vergrößerung der Bandbreite auch die wichtigen Aufgaben der Entwicklung des Lautsprechers.The piezoelectric surface speaker uses a piezoelectric disc as an actuator, which is glued to the plate of the actuator. The vibration mode of the actuator is converted to the bending mode and generates sound in conjunction with the air. The piezoelectric speaker usually has two disc-shaped materials and is characterized by a compact shape. Therefore, the piezoelectric speaker is suitable for the electronic products. Since the piezoelectric speaker uses a plate having higher rigidity than the vibration generating membrane, it is disadvantageous for the low tone range, so that the piezoelectric speaker has the problem with the high tone. Therefore, in addition to the compact form, improving the low-tone range and increasing the bandwidth are also the important tasks of developing the speaker.

Aus JP3207199 und JP3143198 ist eine Schwingungserzeugungsmembran mit einem Blech und einer hochmolekularen Schicht mit niedriger Steifigkeit bekannt. Aus JP2000201399 ist eine Schwingungserzeugungsmembran aus Elastomer bekannt. Aus JP2228199 und JP2033300 ist eine Schwingungserzeugungsmembran mit niedriger Steifigkeit und zentraler Stützung bekannt. Diese Schwingungserzeugungsmembranen können zwar den Frequenzgang im Niedertonbereich verbessern, wird die Gesamtdicke jedoch vergrößert, wodurch der erzeugte Schall auch hauptsächllich im Hochtonbereich liegt und der Schalldruck mit der Reduzierung der Steifigkeit der Schwingungserzeugungsmembran auch reduziert wird. Aus WO2007136162 ist eine Schwingungserzeugungsmembran bekannt, die ein hochtonabsorbierendes Material enthält, wodurch eine Vielschichtstruktur gebildet ist. Dadurch kann zwar der Niedertonbereich verbessert werden, ist der Aufbau jedoch kompliziert, so dass die Kosten hoch sind. Aus JP200217195 und JP2005295339 ist eine Schwingungserzeugungsmembran bekannt, die eine elastische Stützung verwendet, um die Schwingung im Niedertonbereich zu verbessern. Geichzeitig wird die Spannung der Leitung für die Schwingungserzeugungsmembran verbessert. Diese beiden Schriften weisen auch einen komplizierten Aufbau auf, so dass die Kosten nicht reduziert werden können. Aus JP3175800 ist ein ovaler Aktuator und eine Schwingungserzeugungsmembran bekannt, die die Technik der hochmolekularen Schwingungserzeugungsmembran verwendet. Dabei kann zwar der Niedertonbereich verbessert werden, wird die Herstellung jedoch erschwert. Aus JP7203591 , JP2551813 , US6831985 und JP2000333295 ist eine nicht planare Schwingungserzeugungsmembran bekannt, um die Nutzfläche der Schwingungserzeugungsmembran zu erhöhen. Aus JP8088898 und JP2007194789 wird als Aktuator ein nicht planares piezoelektrisches Verbundmaterial verwendet, das zwar den Frequenzgang im Niedertonbereich verbessern kann, auch die Probleme mit einer schweren Herstellung und einer Reduzierung von Schalldruck hat.Out JP3207199 and JP3143198 For example, a vibration generating membrane having a sheet and a low-rigidity high-molecular layer is known. Out JP2000201399 For example, an elastomer vibration generating membrane is known. Out JP2228199 and JP2033300 For example, a low stiffness vibration generating membrane with central support is known. Although these vibrating diaphragms can improve the low frequency response, the overall thickness is increased, whereby the generated sound is also mainly in the high frequency range and the sound pressure is also reduced with the reduction of the rigidity of the vibrator diaphragm. Out WO2007136162 For example, a vibration generating membrane containing a high-tone absorbing material is known, whereby a multilayer structure is formed. As a result, while the low tone range can be improved, the structure is complicated, so that the cost is high. Out JP200217195 and JP2005295339 For example, a vibration generating membrane is known that uses elastic support to improve low-frequency vibration. At the same time, the voltage of the line for the vibration generating membrane is improved. These two documents also have a complicated structure, so that the cost can not be reduced. Out JP3175800 For example, an oval actuator and a vibration generation membrane using the technique of the high molecular weight vibration generation membrane are known. Although the low tone range can be improved, the production is made more difficult. Out JP7203591 . JP2551813 . US6831985 and JP2000333295 For example, a non-planar vibration generating membrane is known to increase the effective area of the vibration generating membrane. Out JP8088898 and JP2007194789 For example, as the actuator, a non-planar piezoelectric composite material is used which can improve the low-frequency frequency response and also has problems of heavy manufacturing and reduction of sound pressure.

Entsprechend dem Bedarf an ein Breitband soll der Bereich des Frequenzgangs auch vergrößert werden. Der Schalldruck der Frequenzen soll auch ausreichend nahe liegen, um eine starke Schwankung zwischen dem Hochton und dem Niederton zu vermeiden. Die hochmolekulare Schwingungserzeugungsmembran, die den Niedertonbereich verbessert, weist jedoch einen schwächeren Frequenzgang im Hochtonbereich auf. In JP3082299 werden in die hochmolekulare Schwingungserzeugungsmembran Partikeln mit hoher Steifigkeit eingemischt, um den Frequenzgang im Hochtonbereich zu verbessern. In JP8084396 wird ein poröses Blech verwendet, um die Steifigkeit des Bleches zu reduzieren, damit der Schalldruck erhöht wird. Diese piezoelektrische Schwingungserzeugungsmembran aus Verbundmaterial hat jedoch den Nachteil von einer unzureichenden Bandbreite.According to the need for a broadband, the range of the frequency response should also be increased. The sound pressure of the frequencies should also be sufficiently close to avoid a strong fluctuation between the high tone and the low tone. However, the high-molecular vibration generating membrane which improves the low-frequency range has a weaker frequency response in the high-frequency range. In JP3082299 For example, particles of high rigidity are mixed into the high-molecular vibration generating membrane to improve the high-frequency response. In JP8084396 A porous sheet is used to reduce the rigidity of the sheet to increase the sound pressure. However, this composite piezoelectric vibration generating membrane has the disadvantage of insufficient bandwidth.

In JP2001285994 und US2010158283 wird ein schwingungsabsorbierendes Dämpfungsmaterial verwendet, um die größeren Amplituden durch die Resonanz zu unterdrücken, damit die Resonanzerscheinung der hochmolekularen Schwingungserzeugungsmembran reduziert wird, so dass eine große Bandbreite erreicht wird. Diese Vielschichtstruktur ist jedoch kompliziert. In JP2279000 , JP3139999 , US5828768 , JP3589873 , JP2003102094 ist der piezoelektrische Aktuator direkt an der Wand des Innenraums des elektronischen Produkts angeordnet. Durch die Lautsprecherboxwirkung des Innenraums wird die unzureichende Bandbreite ausgeglichen. Da die Wand zu dick ist, werden die Schwingungsamplituden begrenzt, so dass der Schalldruck niedrig ist.In JP2001285994 and US2010158283 a vibration absorbing damping material is used to suppress the larger amplitudes by the resonance, so that the resonance phenomenon of the high molecular weight Vibration membrane is reduced, so that a wide bandwidth is achieved. However, this multilayer structure is complicated. In JP2279000 . JP3139999 . US5828768 . JP3589873 . JP2003102094 For example, the piezoelectric actuator is disposed directly on the wall of the interior of the electronic product. The speaker effect of the interior compensates for the insufficient bandwidth. Since the wall is too thick, the vibration amplitudes are limited so that the sound pressure is low.

Daher zielt der Erfinder darauf ab, einen piezoelektrischen Flächenlautsprecher anzubieten, der einen einfacheren Aufbau, einen besseren Frequenzgang im Niedertonbereich, eine große Bandbreite und niedrige Herstellungskosten aufweist.Therefore, the inventor aims to offer a piezoelectric flat panel speaker which has a simpler structure, a better low-frequency frequency response, a wide bandwidth and a low manufacturing cost.

Aus diesem Grund hat der Erfinder in Anbetracht der Nachteile herkömmlicher Lösungen, basierend auf langjähriger Erfahrung in diesem Bereich, nach langem Studium, zahlreichen Versuchen und unentwegten Verbesserungen die vorliegende Erfindung entwickelt.For this reason, in view of the disadvantages of conventional solutions based on many years of experience in this field, the inventor has, after much study, numerous trials and continual improvements, developed the present invention.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 eine Grundrissdarstellung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, 1 a plan view of the preferred embodiment of the invention,

2 eine Grundrissdarstellung des piezoelektrischen Aktuators des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, 2 a plan view of the piezoelectric actuator of the preferred embodiment of the invention,

3 eine Schnittdarstellung des piezoelektrischen Aktuators des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, 3 a sectional view of the piezoelectric actuator of the preferred embodiment of the invention,

4 ein Diagramm des Frequenzgangs der Erfindung, wobei als Verbindungsscheibe ein elastisches Nylonnetz verwendet wird, 4 a diagram of the frequency response of the invention, wherein a nylon elastic network is used as a connecting disc,

5 eine Schnittdarstellung des piezoelektrischen Aktuators eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung, 5 a sectional view of the piezoelectric actuator of another embodiment of the invention,

6 eine Grundrissdarstellung der Erfindung, wobei die piezoelektrischen Aktuatoren jeweils durch mehrere übereinander angeordnete piezoelektrische Scheiben mit zwei Modi gebildet sind, 6 a plan view of the invention, wherein the piezoelectric actuators are each formed by a plurality of stacked piezoelectric discs with two modes,

7 ein Diagramm der Frequenzgänge der piezoelektrischen Scheiben mit zwei Modi mit unterschiedlichen Antriebsformen, 7 a diagram of the frequency responses of the piezoelectric discs with two modes with different drive modes,

8 eine Grundrißdarstellung der Erfindung, wobei der Rahmen mehrere Zentralfreiräume aufweist. 8th a plan view of the invention, wherein the frame has a plurality of central clearances.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention

Die 1, 2 und 3 zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das nur zur Darstellung der Erfindung dient. Darauf ist die Erfindung nicht beschränkt. Wie dargestellt, umfasst der erfindungsgemäße piezoelektrische Flächenlautsprecher
einen Rahmen 10, der aus hartem Material (wie Kunststoff, Metall, Holz, Keramik usw.) hergestellt ist und mehrere Schenkel 11, 12 und einen von den Schenkeln 11, 12 umgebenden Zentralfreiraum 13 aufweist, wobei der Rahmen 10 im vorliegenden Ausführungsbeispiel rechteckig ausgebildet ist, worauf die Erfindung nicht beschränkt ist und andere Formen, wie polygonale und runde Form, auch möglich, sind,
piezoelektrische Aktuatoren 20, die an zwei gegenüberliegenden Schenkeln 11 angeordnet und jeweils mehrere beabstandete piezoelektrische Scheiben 21 mit zwei Modi aufweisen, und
eine Schwingungserzeugungsmembran 30 (oder Schwingungsmembran), die durch hochmolekularen Kunststoff, wie PI, PE, EI, PET, PC etc., hergestellt ist und eine niedrige Steifigkeit besitzt, vorzugsweise eine Dicke von 20 μm bis 200 μm hat und im Zentralfreiraum 13 des Rahmens 10 angeordnet ist, wobei zwei gegenüberliegende Seiten der Schwingungserzeugungsmembran 30 an den piezoelektrischen Scheiben 21 mit zwei Modi der piezoelektrischen Aktuatoren 20 befestigt sind und die anderen zwei gegenüberliegenden Seiten der Schwingungserzeugungsmembran 30 von dem oberen und unteren Schenkel 12 des Rahmens 10 einen Abstand haben (W in 1).The 1 . 2 and 3 show a preferred embodiment of the invention, which serves only to illustrate the invention. The invention is not limited thereto. As illustrated, the inventive piezoelectric flat panel speaker
a frame 10 made of hard material (like plastic, metal, wood, ceramics, etc.) and several legs 11 . 12 and one of the thighs 11 . 12 surrounding central clearance 13 has, wherein the frame 10 is rectangular in the present embodiment, to which the invention is not limited and other shapes, such as polygonal and round shape, are also possible,
piezoelectric actuators 20 on two opposite thighs 11 arranged and in each case a plurality of spaced piezoelectric discs 21 with two modes, and
a vibration generating membrane 30 (or vibration membrane), which is made of high molecular weight plastic, such as PI, PE, EI, PET, PC, etc., and has a low rigidity, preferably has a thickness of 20 microns to 200 microns and in the central space 13 of the frame 10 is arranged, wherein two opposite sides of the vibration generating membrane 30 on the piezoelectric disks 21 with two modes of piezoelectric actuators 20 are attached and the other two opposite sides of the vibration generating membrane 30 from the upper and lower legs 12 of the frame 10 have a distance (W in 1 ).

Wie aus 1 ersichtlich ist, sind die beiden Seiten der Schwingungserzeugungsmembran 30, die von dem oberen und unteren Schenkel 12 einen Abstand haben, lokal durch weiche Verbindungsscheibe 40 (mit einer beliebigen Anzahl) mit dem Rahmen 10 verbunden. Die weiche Verbindungsscheibe 40 kann durch Netz oder Dünnscheibe aus Nylon, Silikon, Gummi, Silikongummi usw. gebildet sein und hat vorzugsweise eine Dicke von 50 μm bis 200 μm. Durch die weiche Verbindungsscheibe 40 ist der Mittelteil der Schwingungserzeugungsmembran 30 zuverlässig an dem Rahmen 10 befestigt, ohne die Schwingung der Schwingungserzeugungsmembran zu begrenzen. Wenn die Länge des Rahmens 10 vergrößert wird, erhöht die Notwendigkeit der Anordnung der weichen Verbindungsscheibe 40. Wenn die Stützung der Schwingungserzeugungsmembran 30 in der Längenrichtung nicht ausreichend ist, kann der Schalldruck im Mittelfrequenzbereich reduziert werden. Durch die weiche Verbindungsscheibe 40 kann ein Schalldruckverlust im Mittelfrequenzbereich vermieden werden. Zudem kann ein Geräusch durch die freien Ränder der Schwingungserzeugungsmembran 30 vermieden werden, so dass die Verzerrung des Lautspreichers reduziert wird. Der Frequenzgang bei der Verwendung eines elastischen Nylonnetzes als Verbindungsscheibe 40 ist in 4 dargestellt (die durchgezogene Kurve zeigt den Zustand mit der weichen Verbindungsscheibe und die gestrichelte Kurve zeigt den Zustand ohne die weiche Verbindungsscheibe). Die Veränderung im Niedertonbereich ist nicht groß. Der Schalldruck im Mitteltonbereich wird erhöht. Der Schalldruck im Hochtonbereich wird geringfügig reduziert. Daher kann die Anordnung der weichen Verbindungsscheibe 40 die Schalldruckausgabe stabilisieren. Die rechteckige Schwingungserzeugungsmembran 30 kann nicht nur die Anfangsfrequenz reduzieren, sondern auch durch die piezoelektrischen Aktuatoren 20 an den beiden Seiten die niederfrequente Schwingung erzeugt, so dass ein guter Frequenzgang im Niedertonbereich erreicht wird.How out 1 is apparent, the two sides of the vibration generating membrane 30 coming from the upper and lower thighs 12 have a clearance, locally through soft connection disc 40 (with any number) with the frame 10 connected. The soft connection disc 40 may be formed by mesh or thin disk of nylon, silicone, rubber, silicone rubber, etc., and preferably has a thickness of 50 μm to 200 μm. Through the soft connection disc 40 is the middle part of the vibration generating membrane 30 reliable on the frame 10 fixed without limiting the vibration of the vibration generating membrane. If the length of the frame 10 is increased, increases the need for the arrangement of the soft connection disc 40 , If the support of the vibration generating membrane 30 is not sufficient in the length direction, the sound pressure in the middle frequency range can be reduced. Through the soft connection disc 40 a sound pressure loss in the middle frequency range can be avoided. In addition, noise may pass through the free edges of the vibration generating membrane 30 be avoided, so that the distortion of the Lautspreichers is reduced. The frequency response when using a nylon elastic net as a connecting disc 40 is in 4 shown (the solid curve shows the state with the soft connection disc and the dashed curve shows the state without the soft connection disc). The change in the low tone range is not great. The sound pressure in the midrange is increased. The sound pressure in the treble range is slightly reduced. Therefore, the arrangement of the soft connection disc 40 stabilize the sound pressure output. The rectangular vibration generating membrane 30 Not only can reduce the initial frequency, but also through the piezoelectric actuators 20 generates the low-frequency oscillation on both sides, so that a good frequency response in the low-tone range is achieved.

Wie aus den 2 und 3 ersichtlich ist, weisen die piezoelektrischen Aktuatoren 20 jeweils mehrere parallele streifenförmige Ausnehmungen 22 auf, zwischen denen die auslegerartigen piezoelektrischen Scheiben 21 mit zwei Modi gebildet sind, wodurch die piezoelektrischen Aktuatoren 20 jeweils mehrere piezoelektrischen Scheiben 21 mit zwei Modi aufweisen. Daher sind die piezoelektrischen Aktuatoren 20 im vorliegenden Ausführungsbeispiel kammförmig ausgebildet. Die piezoelektrischen Scheiben 21 mit zwei Modi haben eine Dicke zwischen 20 μm bis 200 μm. Die kammförmigen piezoelektrischen Aktuatoren 20 sind mit einer Seite an zwei gegenüberliegenden Schenkeln 11 des Rahmens 10 befestigt (1), wodurch ein auslegerartiger Aufbau erreicht wird. Die anderen Seiten der kammförmigen piezoelektrischen Aktuatoren werden auf die Ränder der Schwingungserzeugungsmembran 30 geklebt, wodurch die Schwingungserzeugungsmembran 30 durch die elektrische Spannung in Schwingung versetzt werden kann, so dass ein Schall erzeugt wird. Die piezoelektrischen Aktuatoren 20 können mit gleicher Antriebsspannungspolarizität parallel geschaltet werden, damit die Schwingungserzeugungsmembran 30 die größte Bewegungsstrecke erreicht. Die piezoelektrischen Aktuatoren können auch in bestimmten Zonen mit umgekehrter Antriebsspannungspolarizität parallel geschaltet werden, um die Resonanz der Schwingungserzeugungsmembran 30 in bestimmter Frequenz zu unterdrücken, so dass die Bandbreite des Frequenzgangs vergrößert wird. Durch die umgekehrte Antriebsspannungspolarizität wird die Resonanz der Schwingungserzeugungsmembran 30 unterdrückt, so dass ein flacher Frequenzgang erreicht wird.Like from the 2 and 3 it can be seen have the piezoelectric actuators 20 in each case a plurality of parallel strip-shaped recesses 22 on, between which the cantilevered piezoelectric discs 21 are formed with two modes, causing the piezoelectric actuators 20 in each case a plurality of piezoelectric disks 21 with two modes. Therefore, the piezoelectric actuators 20 formed comb-shaped in the present embodiment. The piezoelectric disks 21 with two modes have a thickness between 20 microns to 200 microns. The comb-shaped piezoelectric actuators 20 are with one side on two opposite thighs 11 of the frame 10 attached ( 1 ), whereby a cantilevered construction is achieved. The other sides of the comb-shaped piezoelectric actuators become on the edges of the vibration generating membrane 30 glued, causing the vibration generating membrane 30 can be vibrated by the electrical voltage, so that a sound is generated. The piezoelectric actuators 20 can be connected in parallel with the same drive voltage polarity, so that the vibration generating membrane 30 reached the largest distance of movement. The piezoelectric actuators may also be connected in parallel in certain zones of reverse drive voltage polarity to control the resonance of the vibration generating membrane 30 in a certain frequency to suppress, so that the bandwidth of the frequency response is increased. The reverse drive voltage polarity becomes the resonance of the vibration generating membrane 30 suppressed, so that a flat frequency response is achieved.

Die piezoelektrischen Aktuatoren 20 sind durch piezoelektrische Scheiben 21 mit zwei Modi gebildet, die entsprechend der Abmessung eine bestimmte Resonanz erzeugen, wodurch neben der Schwingungserzeugungsmembran 30 die piezoelektrischen Aktuatoren 20 auch einen Schall erzeugen.The piezoelectric actuators 20 are through piezoelectric disks 21 formed with two modes, which generate a certain resonance according to the dimension, whereby in addition to the vibration generating membrane 30 the piezoelectric actuators 20 also produce a sound.

Wie aus den 2 und 3 ersichtlich ist, sind die piezoelektrische Scheiben 21 mit zwei Modi jeweils durch ein Blech 211 gebildet, auf dessen beiden Seiten jeweils eine piezoelektrische Scheibe 212 klebt wird, wobei die piezoelektrische Scheiben 212 parallel geschaltet sind. Auf den piezoelektrischen Scheiben 2 sind jeweils eine Elektrode 213 angeordnet. Die piezoelektrischen Scheiben 212 können durch piezoelektrische Keramikscheiben oder piezoelektrische Verbundscheibe gebildet sein. Die Dicke der piezoelektrischen Scheiben 212 beträgt vorzugsweise 20 μm bis 200 μm.Like from the 2 and 3 is apparent, are the piezoelectric discs 21 with two modes each through a sheet 211 formed on the two sides in each case a piezoelectric disk 212 sticks, with the piezoelectric discs 212 are connected in parallel. On the piezoelectric disks 2 are each an electrode 213 arranged. The piezoelectric disks 212 may be formed by piezoelectric ceramic discs or piezoelectric composite disc. The thickness of the piezoelectric disks 212 is preferably 20 microns to 200 microns.

Wenn die piezoelektrischen Aktuatoren 20 durch Zusammenkleben der Keramikscheiben und des Bleches gebildet sind, wird eine hohe Steifigkeit erreicht, wodurch der erzeugte Schall hauptsächlich im Hochtonbereich liegt, so dass der piezoelektrische Flächenlautsprecher mit den piezoelektrischen Aktuatoren 20 einen höheren hochfrequenten Schalldruck aufweist. Um den Frequenzgang im Hochtonbereich zu verbessern, kann ein piezoelektrisches Verbundmaterial als piezoelekrische Aktuatoren verwendet werden. 5 zeigt eine Schnittdarstellung der anderen piezoelektrischen Aktuatoren 20B mit zwei Modi, wobei die piezoelektrischen Scheiben 212, die auf den beiden Seiten des Bleches 211 kleben, durch piezoelekrische Verbundscheibe gebildet sind. Die piezoelekrische Verbundscheibe enthält eine piezoelektrische Keramikscheibe 214 und ein organisches hochmolekulares Material 215 (wie Harz) und besitzt eine niedrigere Steifigkeit, wodurch die Resonanzfrequenz der piezoelektrischen Aktuatoren 20B reduziert werden kann, so dass ein zu hoher Schalldruck im Hochtonbereich vermieden wird. Daher wird der ganze Frequenzgang gleichmäßiger, so dass die Verzerrung verringert wird. Wie weiter aus 5 ersichtlich ist, werden die Elektroden 213 direkt auf die piezoelektrischen Scheiben 212 geklebt, um die hohe Piezoelektrizität zu gewährleisten. Das Breitenverhältnis der Piezoelektrischen Keramikscheibe der piezoelektrischen Verbundscheibe der piezoelektrischen Scheibe 212 entspricht der Anzahl der piezoelektrischen Phasen der piezoelektrischen Verbundscheibe. Je größer die Anzahl der piezoelektrischen Phasen ist, desto höher ist die Piezoelektrizität und die Steifigkeit der piezoelektrischen Verbundscheibe. Dies kann entsprechend dem Frequenzgang des Lautsprechers verstellt werden.When the piezoelectric actuators 20 are formed by adhering the ceramic discs and the sheet, a high rigidity is achieved, whereby the generated sound is mainly in the high-frequency range, so that the piezoelectric surface speaker with the piezoelectric actuators 20 has a higher high-frequency sound pressure. In order to improve the frequency response in the high-frequency range, a piezoelectric composite material may be used as piezoelectric actuators. 5 shows a sectional view of the other piezoelectric actuators 20B with two modes, the piezoelectric discs 212 on the two sides of the sheet 211 glue, are formed by piezoceramic composite disc. The piezoceramic composite disk contains a piezoelectric ceramic disk 214 and an organic high molecular material 215 (like resin) and has a lower stiffness, reducing the resonant frequency of the piezoelectric actuators 20B can be reduced, so that a high sound pressure in the high-frequency range is avoided. Therefore, the whole frequency response becomes more uniform, so that the distortion is reduced. How farther 5 it can be seen, the electrodes 213 directly on the piezoelectric disks 212 glued to ensure the high piezoelectricity. The width ratio of the piezoelectric ceramic disc of the piezoelectric composite disc of the piezoelectric disc 212 corresponds to the number of piezoelectric phases of the piezoelectric composite disc. The larger the number of piezoelectric phases, the higher the piezoelectricity and the rigidity of the composite piezoelectric disc. This can be adjusted according to the frequency response of the speaker.

Wie aus 6 ersichtlich ist, können die piezoelektrischen Aktuatoren 20C auch jeweils durch mehrere übereinander angeordnete piezoelektrische Scheiben 21C mit zwei Modi gebildet sein, die in Verbindung mit der Schwingungserzeugungsmembran, die eine Abmessung von 100 × 50 × 0,1 mm³ hat und aus PEI (Copolymer von PE und PI) hergestellt ist, die Frequenzgänge in 7 erzeugen. Die Kurven L1, L2 und L3 stellen die Antriebsformen mit fünf gleichen Phasen, vier gleichen Phasen und einer umgekehrten Phase, drei gleichen Phasen und zwei umgekehrten Phasen. Dadurch, dass die Antriebsspannung für zwei benachbarte piezoelektrische Scheiben mit zwei Modi eine umgekehrte Phase besitzen, kann der Frequenzgang verändert werden. Ein Teil der piezoelektrischen Scheiben mit zwei Modi besitzen eine unterschiedliche Schwingungsrichtung. Der Frequenzgang hat einen größten Schalldruck, wenn alle piezoelektrische Scheiben mit zwei Modi von einer gleichphasigen Antriebsspannung angetrieben werden. Da die gegenphasigen piezoelektrischen Scheiben mit zwei Modi in der Mitte liegen, beeinflussen sie direkt die Schalldruckänderung im Niedertonbereich, während der Einfluss auf den Hochtonbereich kleiner ist. Bei Antrieb der Piezoelektrischen Scheiben mit fünf gleichen Phasen besitzt der Lautsprecher im Bereich von 300 Hz–20 kHz einen relativen hohen Schalldruckwert. Daher weist der erfindungsgemäße piezoelektrische Flächenlautsprecher einen großen Tonbereich auf.How out 6 it can be seen, the piezoelectric actuators 20C also in each case by a plurality of piezoelectric disks arranged one above the other 21C be formed with two modes, which in conjunction with the vibration generating membrane, which has a dimension of 100 × 50 × 0.1 mm ³ and made of PEI (copolymer of PE and PI), the frequency responses in 7 produce. The curves L1, L2 and L3 represent the drive forms with five equal phases, four equal phases and one reverse phase, three equal phases and two reverse phases. By having the drive voltage reversed for two adjacent two-mode piezoelectric disks, the frequency response can be changed. A part of the piezoelectric disks with two modes have a different vibration direction. The frequency response has the greatest acoustic pressure when all piezoelectric discs with two modes are driven by an in-phase drive voltage. Since the antiphase piezoelectric disks with two modes are in the middle, they directly affect the sound pressure change in the low-tone range, while the influence on the high-frequency range is smaller. When driving the piezoelectric disks with five equal phases, the speaker in the range of 300 Hz-20 kHz has a relatively high sound pressure value. Therefore, the piezoelectric flat panel speaker of the present invention has a large sound range.

Wie aus 8 ersichtlich ist, kann der Rahmen 10 mehrere Zentralfreiräume 13, 13B aufweisen, die eine unterschiedliche Länge haben, um die Schwingungserzeugungsmembranen 30, 30B mit unterschiedlicher Länge aufzunehmen. Durch die Schwingungserzeugungsmembranen 30, 30B mit unterschiedlicher Länge kann unterschiedlicher Frequenzgang erhalten werden, so dass ein großer Tonbereich erreicht wird. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Rahmen 10 mit unterschiedlicher Länge miteinander verbunden, wodurch ein langer piezoelektrischer Flächenlautsprecher gebildet ist. Durch die Länge der linken und rechten Schwingungserzeugungsmembran 30, 30B kann der Frequenzgang des piezoelektrischen Flächenlautsprechers beeinflusst werden. Daher können die Aufnahmeräume 13, 13B und Schwingungsmembranen 30, 30B einen stabileren Frequenzgang erreichen, so dass der Tonbereich vergrößert wird.How out 8th it can be seen, the frame 10 several central rooms 13 . 13B having different lengths to the vibration generating membranes 30 . 30B with different lengths. Through the vibration generating membranes 30 . 30B with different length, different frequency response can be obtained, so that a large sound range is achieved. In this embodiment, the frames 10 with different lengths connected to each other, whereby a long piezoelectric area speaker is formed. By the length of the left and right vibrational membrane 30 . 30B the frequency response of the piezoelectric area loudspeaker can be influenced. Therefore, the recording rooms 13 . 13B and vibrational membranes 30 . 30B achieve a more stable frequency response so that the sound range is increased.

Hierbei ist darauf hinzuweisen, dass der piezoelektrische Flächenlautsprecher auf Geräte, wie Stereoanlage, Fernsehgerät und Computer angewendet und durch den Rahmen an diesem Gerät befestigt werden kann. Der Rahmen 10 des piezoelektrischen Flächenlautsprechers kann auch direkt durch das Gerät gebildet sein.It should be noted that the piezoelectric surface speaker can be applied to devices such as a stereo, TV and computer and attached to the frame through this device. The frame 10 The piezoelectric area loudspeaker can also be formed directly by the device.

Daher weist die Erfindung folgende Vorteile auf:

1. Die piezoelektrischen Aktuatoren, die jeweils mehrere piezoelektrische Scheiben mit zwei Modi aufweisen, sind an den beiden Seiten der Schwingungserzeugungsmembran befestigt, wobei durch die hohe Verformbarkeit der piezoelektrischen Scheiben mit zwei Modi die Schwingungserzeugungsmembran einen Schall mit hoher Schalldruck erzeugt; durch die Phasensteuerung der Antriebsspannung für die piezoelektrischen Scheiben mit zwei Modi kann die Schwingung der Schwingungserzeugungsmembran verstellt werden, wodurch die Resonanz der Schwingungserzeugungsmembran verringert wird, so dass die Schwingungserzeugungsmembran einen flacheren Frequenzgang besitzt und die Bandbreite vergrößert wird; durch die hohe Verformungsausgabe der piezoelektrischen Scheiben mit zwei Modi kann die Schwingungserzeugungsmembran einen Frequenzgang im Nidertonbereich erzeugen, so dass sowohl ein hoher Schalldruck als auch ein Niederton erhalten werden kann; ein schwingungsabsorbierendes Material zur Reduzierung der Resonanzerscheinung ist nicht erforderlich, wodurch ein Einfluss durch das schwingungsabsorbierendes Material vermieden wird, so dass der piezoelektrische Flächenlautsprecher einen Frequenzgang im Niedertonbereich und ein Breitband erreichen und im kompakten elektronischen Produkt als hochqualitativer Lautsprecher eingebaut werden kann.
2. die beiden Seiten der Schwingungserzeugungsmembran, die von dem Rahmen einen Abstand haben, sind jeweils durch eine weiche Verbindungsscheibe mit dem Rahmen verbunden, wodurch die Begrenzung durch den Rahmen reduziert wird, so dass eine Schalldrucksenkung durch die Begrenzung der Amplituden vermieden wird; da die weichen Verbindungsscheiben den Mittelbereich der Schwingungserzeugungsmembran befestigen, kann eine Zitterbewegung der Schwingungserzeugungsmembran durch eine unzureichende Stützung vermieden werden, so dass das Geräusch und die Verzerrung verringert wird.
3. da die piezoelektrischen Aktuatoren auslegerartig an dem Rahmen befestigt sind, kann die Bewegungsstrecke der Schwingungserzeugungsmembran bei Antrieb durch Spannung vergrößert werden, so dass eine hohe Schalldruckausgabe erreicht wird.
4. der Rahmen kann mehrere Zentralfreiräume zur Aufnahme von Schwingungserzeugungsmembranen mit unterschiedlicher Länge aufweisen, wodurch durch die Veränderung der Länge der Schwingungserzeugungsmembranen der Frequenzgang des piezoelektrischen Flächenlautsprechers verstellt werden kann, so dass der piezoelektrische Flächenlautsprecher einen stabileren Frequenzgang und einen größeren Tonbereich aufweist.

Therefore, the invention has the following advantages:

1. The piezoelectric actuators each having a plurality of piezoelectric disks with two modes are fixed to both sides of the vibration generating membrane, and by the high deformability of the piezoelectric disks having two modes, the vibration generating diaphragm generates sound of high sound pressure; by the phase control of the driving voltage for the two-mode piezoelectric disks, the vibration of the vibration generating diaphragm can be adjusted, thereby reducing the resonance of the vibration generating diaphragm, so that the vibration generating diaphragm has a flatter frequency response and the bandwidth is increased; by the high deformation output of the piezoelectric disks with two modes, the vibration generating membrane can generate a frequency response in the Nidertonbereich, so that both a high sound pressure and a low tone can be obtained; a vibration absorbing material for reducing the resonance phenomenon is not required, whereby an influence by the vibration absorbing material is avoided, so that the piezoelectric surface speaker can achieve a low-frequency frequency response and a broadband and can be installed in the compact electronic product as a high-quality speaker.
2. the two sides of the vibration generating membrane, which are spaced from the frame, are each connected to the frame by a soft connection disc, whereby the limitation is reduced by the frame, so that a sound pressure reduction is avoided by the limitation of the amplitudes; since the soft connection disks fix the center region of the vibration generating membrane, dithering of the vibration generation membrane due to insufficient support can be avoided, so that the noise and the distortion are reduced.
3. Since the piezoelectric actuators are cantilevered to the frame, the moving distance of the vibration generating membrane when driven by voltage can be increased, so that a high sound pressure output is achieved.
4. The frame may have a plurality of central spaces for accommodating vibration generating membranes of different lengths, whereby the frequency response of the piezoelectric surface loudspeaker can be adjusted by changing the length of the vibration generating membranes, so that the piezoelectric surface loudspeaker has a more stable frequency response and a larger sound range.

Die vorstehende Beschreibung stellt nur die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und soll nicht als Definition der Grenzen und des Bereiches der Erfindung dienen. Alle gleichwertige Änderungen und Modifikationen gehören zum Schutzbereich dieser Erfindung.The foregoing description represents only the preferred embodiments of the invention and is not intended to serve as a definition of the limits and scope of the invention. All equivalent changes and modifications are within the scope of this invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims

Piezoelectric flat panel loudspeaker comprising a frame ( 10 ), which has several legs ( 11 . 12 ) and one of the thighs ( 11 . 12 ) surrounding central space ( 13 ), piezoelectric actuators ( 20 ) on two opposite thighs ( 11 ) of the frame ( 10 ) are arranged and in each case a plurality of spaced piezoelectric discs ( 21 ) having two modes, and a vibration generating membrane ( 30 ) located in the central area ( 13 ) of the frame ( 10 ), wherein two opposite sides of the vibration generating membrane ( 30 ) on the piezoelectric disks ( 21 ) with two modes of piezoelectric actuators ( 20 ) and the other two opposite sides of the vibration generating membrane ( 30 ) of the frame ( 10 ) have a distance.

Piezoelectric flat panel loudspeaker according to claim 1, characterized in that the two sides of the vibration generating membrane ( 30 ), of the frame ( 10 ) have a distance, locally through soft connection disc ( 40 ) with the frame ( 10 ), wherein the soft connection disc ( 40 ) is formed by mesh or thin disk of nylon, silicone, rubber, silicone rubber, etc., and has a thickness of 50 μm to 200 μm.

Piezoelectric surface loudspeaker according to claim 1 or 2, characterized in that the vibration generating membrane ( 30 ) has a thickness of 20 μm to 200 μm.

Piezoelectric surface loudspeaker according to claim 1, characterized in that the piezoelectric actuators ( 20 ) each have on one side a plurality of parallel strip-shaped recesses ( 22 ), between which the boom-type piezoelectric disks ( 21 ) are formed with two modes, whereby the piezoelectric actuators ( 20 ) each have a plurality of piezoelectric disks ( 21 ) with two modes.

Piezoelectric surface loudspeaker according to claim 1, characterized in that the piezoelectric disks ( 21 ) with two modes have a thickness between 20 microns to 200 microns.

Piezoelectric surface loudspeaker according to claim 1, characterized in that the piezoelectric disks ( 21 ) with two modes each through a sheet ( 211 ) are formed, on both sides of each of which a piezoelectric disc ( 212 ), the piezoelectric disks ( 212 ) are connected in parallel.

Piezoelectric surface loudspeaker according to claim 6, characterized in that the piezoelectric disks ( 212 ) are formed by piezoelectric ceramic discs or piezoelectric composite disc and have a thickness of 20 microns to 200 microns.

Piezoelectric flat panel loudspeaker according to claim 1, characterized in that the frame ( 10 ) several central rooms ( 13 . 13B ), which have a different length to the vibration generating membranes ( 30 . 30B ) of different length, whereby the vibration generating membranes ( 30 . 30B ) with different length different frequency response can be obtained, so that a large sound range is achieved.

Piezoelectric flat panel loudspeaker according to claim 1, characterized in that the piezoelectric flat panel loudspeaker is applied to devices such as a stereo, television and computer, and through the frame ( 10 ) can be attached to this device.

Piezoelectric flat panel loudspeaker according to claim 1, characterized in that the piezoelectric surface loudspeaker is applied to devices such as a stereo, television and computer, the frame ( 10 ) of the piezoelectric flat panel speaker is formed directly by the apparatus.