DE590996C - Piezoelektrisches Kristallgebilde fuer Schallaufnahme- und Schallwiedergabevorrichtungen - Google Patents
Piezoelektrisches Kristallgebilde fuer Schallaufnahme- und SchallwiedergabevorrichtungenInfo
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Description
Es ist bekannt, daß sich piezoelektrische Materialien nicht nur für Hochfrequenzzwecke,
sondern auch für mittel- und niederfrequente Anordnungen verwenden lassen. Insbesondere eignet sich für den letztgenannten
Zweck das Seignettesalz, welches in großen Kristallen gezüchtet werden kann und erheblich einfacher und billiger in der mechanischen
Bearbeitung ist als andere piezoelektrische Materialien, wie z. B. Quarz. Auch ist der piezoelektrische Effekt beim Seignettesalz
erheblich höher als bei anderen piezoelektrischen Materialien.
Es ist ferner bekannt, daß man durch Kombination von Platten, Avelche hinsichtlich
der Kristallachsen verschiedenartig gerichtet sind, besonders starke piezoelektrische Effekte
hervorrufen kann.
In Abb. ι ist ein Beispiel einer derartig
zusammengesetzten Anordnung zweier Platten gezeigt. Platte R ist aus einem Kristall ausgeschnitten,
dessen Hauptachse x-x in ihrer Ebene parallel zu den beiden aufrechten Kanten verläuft. Versieht man diese
Platte R mit zwei Elektroden, an die man ein elektrisches Potential legt, z. B. wie
durch die Zeichen — und -j- angedeutet, so sucht sich die Kristallplatte zu deformieren.
Denkt man sich die untere Kante 1 festgelegt, so sucht sich die obere Kante 2 parallel zur
Kante 1 in Richtung des Pfeiles α zu verschieben. Eine zweite Platte L sei nun so
gegen die Platte R befestigt, daß ihre Hauptachse zur Hauptachse x-x der Platte R senkrecht
ist; denkt man sich ihre rechte Seitenkante 3 festgehalten und eine Spannung an die
auf beiden Seitenflächen angeordneten Elektroden gelegt, so sucht sich die linke Kante 4
in Richtung des Pfeiles b, d. h. also im Drehsinn der Pfeile σ und b zu bewegen. Da die
Potentiale der Belege beider Platten umgekehrt zueinander liegen, nämlich positiv auf
der Vorderseite von R und negativ auf der Vorderseite von L, muß man zur Herstellung p
der Platte R einen Rechtskristall und zur Herstellung der Platte L einen Linkskristall verwenden.
Einfacher ist es, beide Platten aus demselben Kristall zu schneiden und die Platte L gegen R um i8o° zu verdrehen. Werden
nun die beiden Platten z.B.,so zusammengesetzt und verkittet, daß ihre negativen
Elektroden aneinanderliegen, und betrachtet
man bei einer derartig zusammengesetzten Anordnung eine zu den Kanten der
Platten unter 450 geneigte Richtung, z. B. die Richtung der Pfeile c und d, so ergibt sich
nach Anlegen geeigneter elektrischer Potentiale Folgendes: ■"
In der Plattet suchen sich alle Linien ·
unter 45° zu verkürzen, c, während-in der
Platte L alle Linien derselben Richtung sich auszudehnen bestrebt sind. Ein mechanisches
Analogon, um diese Erscheinung anschau- ! lieber zu machen, ist in Abb. 1 a dargestellt,
i, 2, 3, 4 mögen vier Streben einer Eisenkonstruktion darstellen, die durch eine Diagonalstrebe
S versteift ist. Wird dieses Gebilde längs 4 festgehalten und in Richtung des
Pfeiles α beansprucht, so erfährt die Diago- '
nale 5 eine Beanspruchung auf Druck. Wird
Strebe 3 festgehalten und das Gebilde in Richtung des Pfeiles b beansprucht, so wird
die Diagonale 5 auf Zug beansprucht. Die gleiche Erscheinung zeigt sich bei der Kri-Stallanordnung
der Abb. 1 in allen diagonalen Richtungen, wenn durch die Anlage der eingezeichneten
Potentiale die Kanten der Platten R und L in der Richtung der Pfeile α und b
deformiert werden.
Man denke sich nun ein rechteckiges Stück unter 45 ° aus den Kristallplatten in der Anordnung
nach Abb. 1 herausgeschnitten und an ein solches Stück, wie z. B. Abb. 2 a zeigt,
die beiden Potentiale einer Spannungsquelle,
z. B. an die beiden Außenelektroden das positive, an die beiden zusammengekitteten Innen-.
elektroden das negative Potential angelegt, so wird sich die vordere'Kante zusammenziehen,
während die hintere Kante beider Platten sich auszudehnen strebt. Das Gebilde wird infolgedessen
etwa die in Abb. 2b in übertriebenem Maße angedeutete Krümmung erleiden. Gemäß der Erfindung werden nun diese bekannten
piezoelektrischen Eigenschaften sol-
■25 eher zusammengesetzten Kristallgebilde, wie
sie z. B. Abb. 2 zeigt, dazu ausgenutzt, um Kristallgebilde herzustellen, die nach Art der
üblichen Membranen oder Biegeplatten in Schallaufnahme- oder Wiedergabevorrichtungen
zur Anwendung kommen sollen. Z. B.
■■·-. könnte man mehrere Kristalle nach Abb. 2 strahlenförmig anordnen und so ein kreisplattenartiges
Gebilde schaffen, das sich wie eine Membran verhält. Erfindungsgemäß wird dies aber in sehr einfacher Weise dadurch
erreicht, daß man z. B. auf eine Kristallkombination nach Abb. 1 quad linienförmige
Elektroden in bestimmter Richtung aufbringt und die Elektroden in bezug auf die Achsrichtung
x, wie in Abb. 3 dargestellt, anordnet. . Die Lage derselben Achse χ in der Ausgangsform
des zusammengesetzten Kristalls erkennt man ebenfalls in Abb. 1. Man geht also erfindungsgemäß
so vor: Man schneidet aus einem Gebilde nach Abb. 1 eine kreisförmige
Platte aus, wie sie durch den eingezeichneten gestrichelten Kreis dargestellt ist, und bringt
auf diese Platte eine Anzahl Elektroden z. B. in Quadrantenform auf. Eine anschauliche
Vorstellung über ein solches Kristallgebilde einschließlich seiner Elektroden vermittelt
ferner Abb. 4. Die Außenflächen sowie die aufeinanderzukittenden Innenflächen tragen
je vier Elektroden mit abwechselnden Polen, wobei die Pole' auf den beiden Innenflächen
in bezug auf die Achse χ (Abb. 3) die gleiche Lage haben, so daß sie beim Zusammenlegen
der Platten gemeinsame Pole bilden. Ist das Gebilde zusammengesetzt und verkittet, so besitzt
es also zwölf Elektroden. Die Dimensionen in den Abb. 3 und 4 sind übertrieben, um die Anordnung der Elektroden anschaulicher
zu gestalten. Die Wirkungsweise der Anordnung möge aus Abb. 3 und 3a erhellen. In der zur Achse χ unter 45° geneigten Riehtung
treten im Kristall ähnliche Formveränderungen wie bei einem Kristall nach Abb. 2
auf. Der in Abb. 3 gestrichelt angedeutete Teil α soll zeigen, wie man aus einem kreisartigen
Gebilde durch Herausschneiden einen einzelnen Kristall entsprechend Abb. 2 erhalten
könnte. Man kann sich auf diese Weise die vier Sektoren der ganzen Kreisscheibe in
kleine rechteckige Gebilde 1, 2, 3, 4, 5 usw., wie Abb. 3a zeigt, zerlegt denken, welche alle
piezoelektrisch in der in Abb. 2b dargestellten Weise reagieren. Wird ein Potential an die
Elektroden gelegt, so werden sich alle Einzelteile Ii 2, 3, 4, 5 nach einer Seite, bei umgekehrter
Polung nach der anderen Seite durchbiegen. Das neue Kristallgebilde, z. B. aus zwei kreisförmigen Platten, die an ihrem Umfange
fest eingespannt sind, verhält sich also bei Anlage von wechselndem Potential wie
eine schwingende Membran entsprechend Abb. 5. Es leuchtet somit ohne weiteres ein,
daß sich das neue Kristallgebilde vorzüglich eignen wird, z. B. Schalldrücke in elektrische
Potentiale umzusetzen, oder umgekehrt, angelegte Potentiale in Schalldrücke umzusetzen.
Eine Untersuchung des neuen Kristallgebildes als Mikrophon hat gezeigt, daß sein
Wirkungsgrad gegenüber den bekannten elektroakustischen Einrichtungen erheblich besser
ist und daß es Eigenschaften aufweist, die den eines guten Kondensatormikrophons gleichkommen.
Die Wichtigkeit der Erfindung liegt jedoch auch mit begründet in der außerordentlichen
Güte dieser elektroakustischen Einrichtung. Ein solches Kristallmikrophon
hat beispielsweise folgende mechanische Daten: Die beiden Plattenhälften sind je 1J2 mm
stark, die gesamte Membran hat also eine Dicke von rund 1 mm. Ihr Durchmesser ist
etwa 40 mm. Die Empfindlichkeit (mV/Spg. pro Schalldruckeinheit) ist größenordnungsgemäß
doppelt so groß als die eines Kondensatormikrophons und läßt sich unter Beachtung
der Anpassungsverhältnisse noch weiterhin steigern. Sehr wichtig ist auch der ge- no
ringe Klirrfaktor. Diese letztere Eigenschaft läßt sich auf folgende Weise grundsätzlich
erklären:
Wie bekannt, schwingt eine Kreismembran, wie Abb. 5 zeigt, bei genügend kleiner Dämpfung
nicht allein in der Grundschwingung, sondern führt auch eine ganze Anzahl von
Oberschwingungen aus, z. B. wenn sie Schalldrücken ausgesetzt ist. Das bedeutet, daß eine
solche Membran teilweise konkav und teilweise konvex wäre. Eine gemäß der Erfindung
zusammengesetzte Kristallmembran in-
dessen ist unfähig, derartig komplizierte Bewegungen auszuführen. Würde nämlich ein
Teil der Membran konkav und ein anderer Teil konvex sein, so würde das bedeuten, daß
die Elektrodenspannung die entsprechende der jeweiligen Durchbiegungsrichtung zugeordnete
Spannung aufweist, z. B. positiv und konvex, negativ und konkav. Mit anderen Worten, es müßte möglich sein, daß zwei
«υ diagonal gegenüberliegende Quadranten entgegengesetzte Polarität annehmen oder auch,
daß auf einem einzigen Beleg verschiedenartige Potentiale auftreten. Indessen ist dies
bei der erfindungsgemäßen Anordnung und Gestaltung der Elektroden unmöglich. Ist ein
Teil der Membran konkav deformiert, so muß die ganze Membran infolge der piezoelektrischen
Auswirkung, wie sie z. B. an Hand der Abb. 2 beschrieben wurde, konkav deformiert
werden. ■
Ein aus einer solchen Kristallmembran hergestelltes Mikrophon wird daher immer nur
nach einer Richtung ausgelenkt, welche die Bewegung einer idealen Kreismembran anstrebt.
Zwischen Amplitude und Spannung besteht Proportionalität, so daß auch in dieser
Hinsicht keine Klirrerscheinungen auftreten können. Auf Grund der vorgenannten Eigenschaften
ist es sehr leicht möglich, eine solche Membran zu dämpfen zum Zwecke, unerwünschte
Resonanzlagen zu vermeiden. Es genügt, wie beispielsweise in Abb. 6 dargestellt,
die Membran an irgendeiner Stelle durch ein Gummistück G zu dämpfen. Der
übrige Aufbau der Abb. 6 ist folgender:
5" bedeutet das Fundament, dessen Masse
vorteilhafterweise groß ist gegenüber der Masse der Kristallmembran K, 4 um unerwünschte
Vibrationserscheinungen des Mikrophons zu verhindern.
Die Vorteile einer Anordnung nach der Erfindung sind mannigfach. Trotz der hervorragenden
Güte sowohl als Telephon als auch als Mikrophon ist der Aufbau denkbar einfach. Die Anpassung an vor- oder nachgeschaltete
Verstärkeranordnungen ist ebenfalls nicht schwierig, da die Kapazität eines solchen
Gebildes in der Größenanordnung von 1000 bis $000 cm liegt. Vorteilhaft ist auch, daß
die Kapazität seiner Zuleitung z. B. wenig Einfluß hat, da sie klein ist im Vergleich zu
der Mikrophonkapazität..
Claims (2)
1. Piezoelektrisches Kristallgebilde für Schallaufnahme- und Schallwiedergabevorrichtungen,
bestehend aus zwei oder mehreren Platten, die bezüglich ihrer Kristallachsen verschiedenartig gerichtet sind, dadurch
gekennzeichnet, daß die zweckmäßig kreisförmigen Platten zur Verwendung als Membran mit vier voneinander getrennten sektorförmigen Belegungen versehen
sind, welche wechselweise mit ihren beiden Anschluß leitungen verbunden werden.
2. Piezoelektrisches Gebilde nach. Ansp:*Lich
i, dadurch gekennzeichnet, daß es nur an einem Punkte gedämpft ist (G in
Abb. 6).
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEN33972D DE590996C (de) | 1932-07-20 | 1932-07-20 | Piezoelektrisches Kristallgebilde fuer Schallaufnahme- und Schallwiedergabevorrichtungen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DEN33972D DE590996C (de) | 1932-07-20 | 1932-07-20 | Piezoelektrisches Kristallgebilde fuer Schallaufnahme- und Schallwiedergabevorrichtungen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE590996C true DE590996C (de) | 1934-01-15 |
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ID=7346658
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEN33972D Expired DE590996C (de) | 1932-07-20 | 1932-07-20 | Piezoelektrisches Kristallgebilde fuer Schallaufnahme- und Schallwiedergabevorrichtungen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE590996C (de) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE747008C (de) * | 1939-03-11 | 1944-09-04 | Peter Petersen | Piezoelektrischer, beschleunigungsempfindlicher Geber |
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-
1932
- 1932-07-20 DE DEN33972D patent/DE590996C/de not_active Expired
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