RU2664667C2 - Electro-acoustic transducer with damping of radiating membrane - Google Patents

Abstract

FIELD: acoustics.SUBSTANCE: invention relates to acoustics, in particular to electro-acoustic transducers. Electroacoustic transducer with damping of the radiating membrane contains a housing with holes for the output of acoustic vibrations, inside which a radiating membrane with piezoelectric elements, connected conductors with a generator of electrical oscillations, is fixed around the periphery. Mutual arrangement of several piezoelectric elements from one or both sides on the radiating membrane fixed around the periphery on the elastic attachment is produced in such a way that the mechanical oscillations interact with each other. At low frequencies, the transducer is configured to in-phase addition of wavelengths and with the possibility of maximizing the amplitudes of oscillations in the radiating membrane, at medium frequencies, the transducer is configured to interact with the wavelengths between themselves with a phase shift and with the possibility of equalizing the amplitude-frequency characteristic due to the effect of phase damping of mechanical vibrations in the membrane, at high frequencies, the transducer is configured to interact with each other in antiphase with the possibility of preventing the occurrence of spurious resonant oscillations, as well as the possibility of reducing the nonlinear distortions.EFFECT: high sound quality.1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электроакустическим преобразователям, которые могут использоваться в телефонных капсулях и широкополосных громкоговорителях с демпфированием излучающей мембраны.The invention relates to electro-acoustic transducers that can be used in telephone capsules and broadband speakers with damping of the radiating membrane.

Известен электроакустический преобразователь с демпфированием излучающей мембраны (ЭПДИМ), содержащий корпус с отверстиями для выхода акустических колебаний, внутри которого закреплен звукообразующий блок с упругим креплением по периферии и соединенный проводниками с генератором переменных электрических колебаний (патент США №4297537, H04R 7/26).Known electro-acoustic transducer with damping of the radiating membrane (EPDIM), comprising a housing with holes for the exit of acoustic vibrations, inside of which is fixed a sound-generating unit with elastic mounting on the periphery and connected by conductors to a generator of variable electrical vibrations (US patent No. 4297537, H04R 7/26).

Технический недостаток аналога: механический демпфер из эластичного материала ограничивает только максимальные амплитуды механических колебаний излучающей мембраны и не способен подавить в ЭПДИМ паразитные резонансные колебания, что отрицательно сказывается на его амплитудно-частотной характеристике и сужает спектр излучаемых акустических колебаний.The technical drawback of the analogue is that a mechanical damper made of an elastic material limits only the maximum amplitudes of the mechanical vibrations of the emitting membrane and is not able to suppress spurious resonant vibrations in EPDIM, which negatively affects its amplitude-frequency characteristic and narrows the spectrum of emitted acoustic vibrations.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и решаемой задаче является ЭПДИМ, содержащий корпус с отверстиями для выхода акустических колебаний, внутри которого закреплен пьезоблок включающий излучающую мембрану с упругим креплением по периферии и соединенный проводниками с генератором переменных электрических колебаний (RU 2088045 C1, 6, H04R 17/00, 20.08.1997).The closest to the claimed invention in terms of technical nature and the problem to be solved is EPDIM, comprising a housing with holes for the output of acoustic vibrations, inside of which a piezo block including a radiating membrane with elastic fastening along the periphery and connected by conductors to a generator of variable electrical vibrations is fixed (RU 2088045 C1, 6, H04R 17/00, 08.20.1997).

Технический недостаток известного ЭПДИМ: демпфер из эластичного материала, механически воздействуя на излучающую мембрану, чрезмерно уменьшает амплитуду ее колебаний на высоких звуковых частотах, что сужает спектр излучаемых акустических колебаний, исключающий возможность прослушивания высококачественных музыкальных композиций; демпфер не подавляет полностью паразитные резонансные колебания в излучающей мембране, приводящие к нелинейным искажениям; демпфер, имеющий непосредственный контакт со всей поверхностью излучающей мембраны и подверженный изменению его физических параметров вследствие неизбежного старения под действием знакопеременных деформаций, ухудшает со временем технические характеристики, в т.ч. коэффициент полезного действия (кпд), сокращает срок службы ЭПДИМ.A technical disadvantage of the known EPDIM: a damper made of an elastic material, mechanically acting on a radiating membrane, excessively reduces the amplitude of its vibrations at high sound frequencies, which narrows the spectrum of emitted acoustic vibrations, which excludes the possibility of listening to high-quality musical compositions; the damper does not suppress completely spurious resonant vibrations in the radiating membrane, leading to nonlinear distortions; a damper having direct contact with the entire surface of the radiating membrane and subject to a change in its physical parameters due to inevitable aging under the influence of alternating deformations worsens technical characteristics over time, including coefficient of performance (efficiency), reduces the life of EPDIM.

Техническая задача: выравнивание амплитудно-частотной характеристики ЭПДИМ во всем спектре звуковых частот и обеспечение спектра излучаемых акустических колебаний от 20 до 20000 Гц для возможности прослушивания высококачественных музыкальных композиций, полное подавление паразитных резонансных колебаний в излучающей мембране, уменьшение нелинейных искажений, повышение кпд и увеличение срока службы ЭПДИМ. Согласно изобретению, электроакустический преобразователь с демпфированием излучающей мембраны содержит корпус с отверстиями для выхода акустических колебаний, внутри которого закреплен пьезоблок включающий излучающую мембрану с упругим креплением по периферии и пьезоэлементы соединенные проводниками с генератором переменных электрических колебаний. Излучающая мембрана снабжена с одной или обеих сторон пьезоэлементами соединенных между собой проводниками последовательно или параллельно в зависимости от выбора амплитуды излучаемых акустических колебаний и требуемого импеданса.Technical task: equalization of the amplitude-frequency characteristic of EPDIM in the entire spectrum of sound frequencies and providing a spectrum of emitted acoustic vibrations from 20 to 20,000 Hz for the ability to listen to high-quality musical compositions, the complete suppression of spurious resonant vibrations in the emitting membrane, reducing non-linear distortion, increasing efficiency and increasing the term EPDM services. According to the invention, the electro-acoustic transducer with damping of the radiating membrane contains a housing with holes for the output of acoustic vibrations, inside of which a piezoelectric unit is mounted, including a radiating membrane with elastic fastening on the periphery and piezoelectric elements connected by conductors to a generator of variable electrical vibrations. The radiating membrane is equipped on one or both sides with piezoelectric elements interconnected by conductors in series or in parallel, depending on the choice of the amplitude of the emitted acoustic vibrations and the required impedance.

На фиг. 1 показан ЭПДИМ, общий вид в осесимметричном вертикальном сечении по линии А-А (согласно фиг. 2). Он содержит корпус 1 с акустическими отверстиями 2, пьезоблок 3 включающий излучающую мембрану 4 с упругим креплением по периферии 5, электрические колебания переменной частоты подводятся к пьезоблоку 3 проводниками 6 от генератора переменных электрических колебании 7, излучающая мембрана 4 пьезоблока 3 снабжена несколькими пьезоэлементами 8 (они могут быть установлены и на др. стороне), соединенными между собой последовательно или параллельно.In FIG. 1 shows EPDIM, a general view in an axisymmetric vertical section along line AA (according to FIG. 2). It contains a housing 1 with acoustic holes 2, a piezoelectric block 3 including a radiating membrane 4 with elastic fastening along the periphery 5, electric oscillations of variable frequency are fed to the piezoelectric block 3 by conductors 6 from an alternating electric oscillation generator 7, the radiating membrane 4 of the piezoelectric block 3 is equipped with several piezoelectric elements 8 (they can be installed on the other side), interconnected in series or in parallel.

На фиг. 2 (вид снизу на излучающую мембрану 4) показано расположение четырех (может быть иное расположение и др. количество) пьезоэлементов 8 на излучающей мембране 4.In FIG. 2 (bottom view of the radiating membrane 4) shows the location of four (there may be a different arrangement and other number) piezoelectric elements 8 on the radiating membrane 4.

На фиг. 3 представлен график амплитудно-частотной характеристики ЭПДИМ, изображенного на фигурах 1 и 2.In FIG. 3 shows a graph of the amplitude-frequency characteristics of the EPDIM depicted in figures 1 and 2.

В исходном состоянии, фиг. 1, на пьезоэлементы 8 электрические колебания не подаются по проводникам 6 от генератора переменных электрических колебаний 7, и ЭПДИМ не излучает акустические колебания.In the initial state, FIG. 1, electric oscillations are not fed to the piezoelectric elements 8 via conductors 6 from the generator of alternating electric oscillations 7, and EPDIM does not emit acoustic vibrations.

ЭПДИМ работает следующим образом.EPDIM works as follows.

От генератора переменных электрических колебаний 7 электрические колебания с частотой от 10 Гц до 30 кГц поступают по проводникам 6 к пьезоэлементам 8, которые возбуждают в излучающей мембране 4 механические колебания, длина волн которых соизмерима с частотой подводимых электрических колебаний.From the generator of variable electrical vibrations 7, electrical vibrations with a frequency of 10 Hz to 30 kHz are transmitted through the conductors 6 to the piezoelectric elements 8, which excite mechanical vibrations in the radiating membrane 4, the wavelength of which is comparable with the frequency of the supplied electrical vibrations.

На низких частотах длины волн механических колебаний от пьезоэлементов 8 максимальные, и при взаимодействии в излучающей мембране 4 синфазно складываются, увеличивая амплитуду колебаний излучающей мембраны 4, что приводит к увеличению амплитуды акустических колебаний на низких звуковых частотах от 20 до 1000 Гц. Это видно на графике амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) - фиг. 3.At low frequencies, the wavelengths of mechanical vibrations from the piezoelectric elements 8 are maximum, and when interacting in the radiating membrane 4, they are in-phase added, increasing the amplitude of the vibrations of the radiating membrane 4, which leads to an increase in the amplitude of acoustic vibrations at low sound frequencies from 20 to 1000 Hz. This can be seen in the graph of the amplitude-frequency characteristic (AFC) - FIG. 3.

На средних частотах длины волн механических колебаний, возбуждаемых пьезоэлементами 8 в излучающей мембране 4, взаимодействуют между собой со сдвигом по фазе, что корректирует результирующую амплитуду колебаний и способствует выравниванию АЧХ на частотах от 2 до 10 кГц - фиг. 3.At medium frequencies, the wavelengths of mechanical vibrations excited by the piezoelectric elements 8 in the radiating membrane 4 interact with each other with a phase shift, which corrects the resulting oscillation amplitude and helps to equalize the frequency response at frequencies from 2 to 10 kHz - FIG. 3.

На верхних частотах механические колебания, возбуждаемые пьезоэлементами 8 в излучающей мембране 4, взаимодействуют, в основном, в противофазе, что препятствует возникновению паразитных резонансов в излучающей мембране 4 и уменьшает нелинейные искажения.At higher frequencies, the mechanical vibrations excited by the piezoelectric elements 8 in the radiating membrane 4 interact mainly in antiphase, which prevents the occurrence of spurious resonances in the radiating membrane 4 and reduces non-linear distortions.

В описанных режимах «фазового демпфирования» (назовем так эти режимы) излучающая мембрана 4 возбуждает акустические колебания в широком спектре частот от 20 Гц до 20 кГц с хорошей АЧХ - фиг. 3.In the described “phase damping” modes (let's call these modes) the emitting membrane 4 excites acoustic vibrations in a wide range of frequencies from 20 Hz to 20 kHz with good frequency response - FIG. 3.

Таким образом, благодаря тому, что в ЭПДИМ излучающая мембрана 4 снабжена с одной или обеих сторон несколькими пьезоэлементами 8, соединенными между собой последовательно или параллельно, что в совокупности обеспечивает фазовое демпфирование амплитуды механических колебаний в излучающей мембране 4, достигнуто выравнивание амплитудно-частотной характеристики ЭПДИМ во всем спектре звуковых частот; получен спектр излучаемых акустических колебаний от 20 до 20000 Гц (и выше - фиг. 3), что сделало возможным прослушивание высококачественных музыкальных композиций; полностью подавлены паразитные резонансные колебания в излучающей мембране 4 и, следовательно, уменьшены нелинейные искажения; повышен кпд и увеличен срок службы ЭПДИМ. В ходе экспериментов получен спектр излучаемых колебаний от 20 Гц до 30 кГц с хорошей равномерностью АЧХ, что позволяет использовать изобретение и на ультразвуковых частотах.Thus, due to the fact that in EPDIM the radiating membrane 4 is provided on one or both sides with several piezoelectric elements 8 connected in series or in parallel, which together provides phase damping of the amplitude of mechanical vibrations in the radiating membrane 4, the amplitude-frequency characteristic of EPDIM is equalized in the entire spectrum of sound frequencies; a spectrum of emitted acoustic vibrations from 20 to 20,000 Hz was obtained (and higher - Fig. 3), which made it possible to listen to high-quality musical compositions; spurious resonance oscillations in the radiating membrane 4 are completely suppressed and, therefore, nonlinear distortions are reduced; improved efficiency and longer life of EPDIM. During the experiments, a spectrum of emitted oscillations from 20 Hz to 30 kHz with good uniformity of frequency response was obtained, which allows the invention to be used at ultrasonic frequencies as well.

Claims (1)

Электроакустический преобразователь с демпфированием излучающей мембраны, содержащий корпус с отверстиями для выхода акустических колебаний, внутри которого по периферии закреплена излучающая мембрана с пьезоэлементами, соединенными проводниками с генератором электрических колебаний, отличающийся тем, что взаимное расположение нескольких пьезоэлементов с одной или обеих сторон на излучающей мембране, закрепленной по периферии на упругом креплении, произведено таким образом, чтобы механические колебания возбуждаемых ими длин волн в излучающей мембране в широком спектре частот взаимодействововали между собой, при этом на низких частотах преобразователь выполнен с возможностью синфазного сложения длин волн и с возможностью максимального увеличивая амплитуды колебаний в излучающей мембране, на средних частотах преобразователь выполнен с возможностью взаимодействия длин волн между собой со сдвигом по фазе и с возможностью выравнивания амплитудно-частотной характеристики за счет эффекта фазового демпфирования механических колебаний в мембране, на высоких частотах преобразователь выполнен с возможностью взаимодействия длин волн между собой в противофазе с возможностью препятствования возникновению паразитных резонансных колебаний, а также возможностью уменьшения нелинейных искажений.An electro-acoustic transducer with damping of the radiating membrane, comprising a housing with holes for the exit of acoustic vibrations, inside of which a radiating membrane with piezoelectric elements connected by conductors to an electric oscillation generator is fixed on the periphery, characterized in that the relative position of several piezoelectric elements on one or both sides of the radiating membrane, fixed around the periphery on an elastic mount, made in such a way that the mechanical vibrations of the wavelengths excited by them in a radiating membrane in a wide spectrum of frequencies they interacted with each other, while at low frequencies the converter is capable of adding in-phase wavelengths and maximally increasing the oscillation amplitudes in the radiating membrane; at medium frequencies, the converter is capable of interacting with each other with a shift in phase and with the ability to equalize the amplitude-frequency characteristics due to the effect of phase damping of mechanical vibrations in the membrane at high frequencies The transducer is made with the possibility of interaction of wavelengths with each other in antiphase with the possibility of preventing the occurrence of spurious resonant oscillations, as well as the possibility of reducing non-linear distortions.

Images