WO2006053528A1 - Elektroakustischer wandler - Google Patents

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WO2006053528A1
WO2006053528A1 PCT/DE2005/002030 DE2005002030W WO2006053528A1 WO 2006053528 A1 WO2006053528 A1 WO 2006053528A1 DE 2005002030 W DE2005002030 W DE 2005002030W WO 2006053528 A1 WO2006053528 A1 WO 2006053528A1
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WO
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piezoelectric element
piezoelectric
electroacoustic transducer
transducer according
region
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PCT/DE2005/002030
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English (en)
French (fr)
Inventor
Joachim Hillenbrand
Xiaoqing Zhang
Gerhard Sessler
Original Assignee
Technische Universität Darmstadt
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H04R17/02—Microphones
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2217/00—Details of magnetostrictive, piezoelectric, or electrostrictive transducers covered by H04R15/00 or H04R17/00 but not provided for in any of their subgroups
    • H04R2217/01—Non-planar magnetostrictive, piezoelectric or electrostrictive benders

Definitions

  • the present invention relates to an electroacoustic transducer comprising at least a first piezoelectric element and at least one second piezoelectric element electrically connected in series with the first piezoelectric element, the geometry of the first and second piezoelectric elements being used to generate electrical signals an at least regional exposure to sound waves is changeable, as well as the use of an electro-acoustic converter according to the invention.
  • US Pat. No. 4,670,074 discloses a generic electroacoustic transducer, namely a piezoelectric polymer transducer, and a method for producing the same.
  • this transducer at least one layer of a polymeric substance suitable for forming piezoelectric properties when laminated in the presence of an electric field to a conductive material acting as an electrode is used.
  • the conductive material is a polymeric substance.
  • a converter consists of two sheets each having metallized surfaces and an intermediate electrode, the sheets being welded together. By a bending of the sheets with an impact of sound waves are through the changes in the length of the sheets associated with the bending are generated in the so-called d 3 f direction due to the pizoe- lectric effect.
  • US 4,376,302 discloses a generic electroacoustic transducer in the form of a piezoelectric underwater sound receiver.
  • This underwater sound receiver contains a single flexible sheet of a piezoelectric polymer, which has a plurality of electrode strips on the top and bottom. The electrode strips on the upper side are offset relative to the strips on the underside. This leads to a complicated manufacturing process. Furthermore, the intermediate areas between the electrodes are piezoelectrically inactive, as a result of which a lower sensitivity of the receiver is present.
  • Another disadvantage of this electroacoustic transducer is that the sensitivity of the receiver is additionally lower due to the use of ordinary piezoelectric films, and thus the inherent noise level of the electroacoustic transducer is great.
  • electroacoustic transducers convert mechanical energy that is contained in sound waves into electrical energy (eg microphones) or convert electrical energy into mechanical energy that is emitted in the form of sound waves (eg loudspeakers).
  • the present invention relates to electroacoustic transducers of the first group.
  • the use of cellular piezoelectric polymer foils leads to a simple and inexpensive construction of the electroacoustic transducer, in particular in comparison to dynamic microphones, ceramic microphones, condenser microphones and electret microphones.
  • the quality of an electroacoustic transducer also depends, in particular, on the parameters sensitivity, intrinsic noise level, harmonic distortion factor and linearity.
  • these parameters are essentially determined by the film properties. It has been shown that the harmonic distortion and the linearity of the electroacoustic transducer can be optimized substantially by optimizing the film properties and the film material used. In contrast, when optimizing the sensitivity and the inherent noise level of the electroacoustic transducer, especially when using piezoelectric films, also mutually influencing factors must be considered.
  • the sound pressure acting on the piezoelectric element is converted by means of the piezoelectric effect into an alternating voltage proportional to the pressure.
  • the alternating voltage generated by the piezoelectric element due to the sound pressure change is as high as possible in order to make the sensitivity of the electroacoustic transducer as large as possible and to minimize the inherent noise level of the electroacoustic transducer.
  • an electroacoustic transducer in addition to a high sensitivity and a low inherent noise level in all frequency ranges for which the transducer is to be sensitive, an electroacoustic transducer should have a smooth frequency response, ie the output voltage should be substantially linearly proportional to the applied sound pressure in all frequency ranges. For this purpose, in particular all occurring natural frequencies of the electroacoustic transducer should be above the frequency range for which the transducer should be sensitive.
  • a plurality of piezoelectric elements are mechanically connected to one another and electrically connected in series in order to increase the output voltage and thus the sensitivity of the electroacoustic transducer, it is due to the mechanical coupling of the piezoelectric elements, in particular in the form of foils, that the Piezoelectric elements are no longer individually, but move or oscillate as a coupled system.
  • a system comprising a plurality of piezoelectric elements mechanically coupled to one another has a higher mass and thus a reduced resonance frequency.
  • the resonant frequency of the electroacoustic transducer is reduced substantially inversely proportional to the number of mechanically interconnected films.
  • the usable frequency range of the electroacoustic transducer is already clearly limited in the mechanical coupling of a few piezoelectric elements.
  • cellular piezoelectric polymer films are known which have a resonance frequency of approximately 100 kHz with the greatest sensitivity. If the electroacoustic transducer has a flat frequency response in the area of auditory sound, then the resonant frequency of the entire electroacoustic transducer must be kept well above 20 kHz so that a maximum of four piezoelectric polymer films can be combined by mechanical coupling.
  • the frequency range usable by the electroacoustic transducer is to be extended into the ultrasonic range, in particular in a frequency range above 50 kHz, such a mechanically coupled combination of piezoelectric films is no longer possible without the frequency response and the Sensitivity of the transducer is impaired, since above a resonant frequency, a steep drop in the sensitivity of the electroacoustic transducer occurs and susceptible individual foils have low resonance frequencies.
  • the production of cellular piezoelectric films takes place in the following way:
  • the starting film of the polymer material is first stretched bidirectionally, so that within the polymer material a large number of cavities is formed. For example by corona charging, these polymer films are then charged so electrically that electret charges are formed on opposite sides of these cavities. If sound waves enter such cellular polymer films, the cavities formed in the polymer film are compressed, so that a change in the thickness of the film material occurs. Since the modulus of elasticity of conventional polymer materials is about 1 GPa, whereas the pressure inside the cavities is 0.1 MPa, when an acoustic wave strikes the film, the cavities are compressed about 10,000 times more than the actual polymer material the cellular slides.
  • the films are made softer by, for example, the thickness of the films due to the expansion process
  • Softer foils, ie foils with a smaller modulus of elasticity and a greater thickness have a smaller thickness resonance frequency, ie a smaller natural resonant frequency for vibrations in vibrations, since the mass is the same compared to thinner and stiffer foils the d 33 " direction.
  • One way of increasing the sensitivity of the films could be Although they consist of charging the films better and higher, one is already approaching physical limits in the case of cellular piezoelectric films.
  • an electroacoustic transducer which has a smooth frequency response up to the ultrasonic range is of interest, even for the recording of audio signals.
  • digital recording media SACD and DVD-Audio
  • the invention is therefore based on the object, the generic electro-acoustic transducer such that the disadvantages of the prior art are overcome, in particular an electro-acoustic transducer is provided, which is simple als ⁇ built and thus inexpensive to produce and at the same time good parameters, in particular special has a high sensitivity.
  • first and the second piezo ⁇ electrical element each have at least a first decoupling region and the first piezoelectric element at least in the first decoupling at least partially so mechanically decoupled from at least the first decoupling region of the second piezoelectric element in that the piezoelectric elements can oscillate independently of one another or the geometry of the first piezoelectric element and the geometry of the second piezoelectric element are substantially independently variable and both the first and the second piezoelectric element in each case at least in the first decoupling region At least in certain areas, it is possible to act directly on sound waves.
  • first and / or the second piezoelectric element provision can be made in particular for the first and / or the second piezoelectric element to be or are at least partially foil-shaped, and / or the Changing the geometry of the first and / or second piezoelectric element when subjected to sound waves substantially in a change in thickness of er ⁇ first and / or second piezoelectric element consists.
  • the thickness of the film in the range of 0.5 .mu.m to 500 .mu.m, preferably in the range of 20 .mu.m to 150 .mu.m, more preferably in the range of 30 to 80 microns.
  • the width and / or the length of the first and / or the second piezoelectric element prefferably in the range from 0.5 mm to 500 mm, preferably in the range from 1 to 20 mm, even more preferably in the Range of 3 to 10 mm.
  • first piezoelectric element may be at least partially spaced from the second piezoelectric element, in particular the first decoupling region of the second piezoelectric element, at least in the first decoupling region, where preferably each because the first and / or the second piezoelectric element, in particular in the respective first decoupling region, can be or are acted on substantially on all sides by sound waves.
  • the first and the second piezoelectric element each have at least one first holding region, wherein the first piezoelectric element is at least partially fixable in the first holding region thereof by means of at least one first holding device and the second piezoelectric element by means of at least one second holding device at least partially in the first holding area of the same is fixable.
  • the invention proposes that the first and / or the second piezoelectric element each have or have at least one second holding region, wherein the first piezoelectric element in the second holding portion thereof by means of at least one third holding device is fixable and / or the second piezoelectric element in the second holding portion thereof by means of at least one fourth Garvor ⁇ direction is fixable.
  • This embodiment can be improved in that the first and / or the second piezoelectric element has or have a multiplicity of second holding regions and / or a multiplicity of third and / or fourth holding devices is present.
  • the first and / or the second piezoelectric element each comprise or have at least one second decoupling region, the geometry of the first and / or the second piezoelectric element being at least partially at least in the second decoupling region it is variable for generating electrical signals by means of an application of sound waves, in particular a change in thickness of the first and / or second piezoelectric element can be generated, and preferably the preferably foil-shaped first and / or the second piezoelectric element at least in the second decoupling region des ⁇ same is at least partially mechanically decoupled from the second or the first piezoe tric element.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the first and the second piezoelectric element are arranged so that at least the first and / or the second piezoelectric element at least in the second decoupling region dessel ⁇ ben at least partially from the second or first piezoelectric element is spaced or are, preferably on all sides directly acted upon by sound waves or are.
  • the first and / or the second decoupling region of the first and / or the second piezoelectric element is larger than the first the first and / or the second holding region of the first and the second piezoelectric ele ⁇ Mentes is or are.
  • the first and / or the second piezoelectric element at least partially, preferably at least in the first and / or second decoupling of the same, such surface roughness has or have a spacing between the first and / or second Piezoelectric element can be reached.
  • At least one spacer can be arranged in the region of the first and / or the second piezoelectric element.
  • At least one, preferably elek ⁇ trically insulating, spacers in the region of the first and / or the second Entkopp ⁇ lungs can be arranged.
  • At least one, preferably electrically conductive, Ab ⁇ spacers adjacent to the first and / or the second holding region of the first and / or the second piezoelectric element, preferably between the first and the second piezoelectric element, can be arranged.
  • the spacer comprises at least one on at least one surface of the first and / or the second piezoelectric element at least partially auf ⁇ brought lacquer layer, plastic coating and / or at least one layer of a dried ge th ⁇ adhesives.
  • the first and / or the second piezoelectric element comprises at least one spacer element, in particular in the region of the first and / or second decoupling region. Furthermore, it can be provided that the spacer at least one design of the shape of the first and / or the second, in particular film-shaped, piezoelectric element, preferably in the form of at least one elevation, at least one vertice, at least one fold and / or at least one curvature. comprises
  • the invention also proposes an electroacoustic transducer having a multiplicity of second decoupling regions of the first and / or the second piezoelectric element.
  • At least one surface, preferably at least two opposing surfaces, of the first and / or the second piezoelectric element is or are metallized at least in regions, preferably completely.
  • first and the second holding device, the first and the third, the second and the fourth and the third and the fourth holding device are executed in one, in particular the first and second piezoelectric element by means of the fixation by the first, second , Third and fourth holding device at least partially, preferably in the first and / or second holding area to contact the electrical series circuit directly or indirectly contact.
  • the invention proposes an electroacoustic transducer which is sensitive to sound waves in the audible, in the infrasound and / or in the ultrasonic frequency range.
  • the first and / or the second piezoelectric element at least partially by at least one air- and / or sound-transmitting, grounded shield, which preferably at least partially comprises a metal grid, umge ⁇ ben is. It is further proposed with the invention that a plurality of second piezoelectric elements electrically connected in series, wherein at least two second piezoelectric elements are mechanically decoupled from one another at least in one of the first and / or one of the second decoupling regions.
  • the invention proposes that the second piezoelectric elements are arranged such that at least one of the second piezoelectric elements at least in one of the first and / or one of the second decoupling regions is at least partially spaced from at least one further second piezoelectric element, preferably Sound waves can be applied directly on all sides, in which case at least one spacer, in particular in the region of the first and / or second decoupling region and / or in the region of the first and / or second holding region, can be arranged in the region of each second piezoelectric element.
  • the first or the second decoupling region of the first piezoelectric element and the first or second decoupling region of the second piezoelectric element (s) generate a first projection of the first and second piezoelectric elements and / or at least two second piezoelectric elements, in particular in the region of the first or second decoupling region of the first and / or second piezoelectric elements, have different geometric dimensions, in particular different lengths.
  • the first and / or the second holding region of the first piezoelectric element is at least partially connected to the first and the second piezoelectric element to produce an at least proportional spacing of the first and second piezoelectric elements and / or at least two second piezoelectric elements / or the second holding region of the second piezoelectric element (s) and / or the first and / or the second holding region of two second piezoelectric elements, in particular being offset from one another by means of the geometric configuration of the first, second, third and / or fourth holding device or are.
  • the first, second, third and / or fourth holding device is at least partially V-, U- and / or L-shaped or are.
  • the invention proposes that the first and / or the second piezoelectric element (s) are arranged in the form of at least one stack, in particular a foil stack, and / or the first and the second piezoelectric element zu ⁇ at least partially arranged one above the other.
  • the stack in particular in order to achieve a spacing between the first piezoelectric element and the second piezoelectric element and / or between two second piezoelectric elements, form a spiral, meander-shaped, accordion-shaped, conical, v-shaped, u-shaped is formed shaped and / or semicircular.
  • the first and / or the second or the second piezoelectric element (s) comprises a cellular and / or porous material with electret properties, in particular comprising a polymer foam, preferably based on polypropylene, a fluoropolymer, such as polyvinylidene fluoride, and / or a fluoro ethylene, such as polytetrafluoroethylene, preferably polytetrafluoroethylene FEP, comprise or comprise and / or in the form of layered, in particular foil-shaped elements, which zu ⁇ at least partially connected to form piezoelectrically acting cavities, is formed or are.
  • electroacoustic transducer can be used as an audio, ultrasound and / or infra-sound microphone.
  • the invention is therefore based on the surprising finding that a simply built-up and therefore inexpensive to produce electroacoustic transducer, which has very good sensitivity properties, can be provided by the fact that a plurality of piezoelectric elements, in particular comprising cellular piezoelectric Polymerfo- Lien, are combined so that the piezoelectric elements are electrically switched ge in series, but are mechanically decoupled. Thus, there is a mechanical decoupling of the piezoelectric elements in the decoupling regions.
  • the piezoelectric elements are preferably arranged such that the majority of each piezoelectric element can be excited individually by sound waves and the piezoelectric elements individually, ie mechanically decoupled, can oscillate, in particular variations in thickness, ie changes in the geometry in the d 33 .
  • Direction, inde pendent of each other are excitable.
  • the piezoelectric elements can be deformed independently of each other by the incident sound waves, ie the geometry of the respective piezoelectric element can be changed essentially independently of the geometry of the other piezoelectric elements.
  • the piezoelectric elements are also piezoelectrically active in the entire decoupling region and thus extremely sensitive.
  • the films are arranged so that they are mecha ⁇ nically interconnected only in a small area to achieve an electrical series connection, but freely schwin ⁇ gene over the remaining large area and have such a large distance from each other that sound waves between Each of the films can be excited independently of the others and the sensitivity of the microphone is increased on account of the electrical series connection of the films.
  • an n-fold sensitivity can be achieved with n films.
  • the combination of piezoelectric elements according to the invention leads to the fact that the sensitivity of the electro-acoustic transducer is increased by the fact that the Output voltages of the piezoelectric elements are added without optimizing the sensitivity of the individual piezoelectric elements, especially in cellular piezoelectric polymer films by reducing the modulus of elasticity, which negatively influences the frequency response of the piezoelectric element, as described above is.
  • piezoelectric elements comprising ferroelectrets, such as cellular piezoelectric films, are preferably used.
  • ferroelectrets are elements, such as films, which have piezoelectric properties, comprise a material which has electret properties, ie, is electrically insulating, but carries opposite electrical charges on at least two opposing surfaces, and is cellular or porous.
  • this also means layered elements, in particular layered films.
  • a plurality of film elements in particular thermally, at least partially connected to each other. In this connection, defined cavities form, which act piezoelectrically.
  • FIG. 1a is a schematic side sectional view of a first embodiment of an electroacoustic transducer according to the invention
  • Figure Ib is a plan view of the electro-acoustic transducer of Figure 1 from the direction
  • FIG. 2 a shows a schematic side sectional view of a second embodiment of an electroacoustic transducer according to the invention
  • FIG. 2b shows a detailed view I of the electroacoustic transducer of FIG. 2a;
  • Figure 3 is a schematic side sectional view of a third embodiment of an electroacoustic transducer according to the invention.
  • Figure 4 is a schematic side sectional view of a fourth embodiment of an electroacoustic transducer according to the invention.
  • FIG. 5 shows a detailed view of an electroacoustic transducer according to a fifth embodiment according to the invention.
  • FIG. 6a shows a plan view of a piezoelectric element in the form of a film strip according to the invention
  • FIG. 6b shows a side view of the film strip of FIG. 6a from direction B;
  • FIG. 6c shows a detailed view of an electroacoustic transducer comprising two foil strips according to FIGS. 6a and 6b;
  • FIG. 6d shows a detailed view of an electroacoustic transducer comprising four foil strips according to FIGS. 6a and 6b;
  • FIG. 7a shows a plan view of a piezoelectric element in the form of a film strip according to the invention
  • Figure 7b is a perspective view of the film strip of Figure 7a;
  • FIG. 7c shows a cross-sectional view of two film strips of FIGS. 7a and 7b in the installed state;
  • FIG. 7d shows a cross-sectional view of four film strips of FIGS. 7a and 7b in the installed state
  • FIGS. 7a and 7b shows a cross-sectional view of six film strips of FIGS. 7a and 7b in the installed state
  • FIG. 8a is a plan view of a combination of piezoelectric elements in the form of a film stack according to a sixth embodiment of an inventive electro-acoustic transducer;
  • FIG. 8b shows a side view of the film stack of FIG. 8a from direction C;
  • FIG. 8 c shows a plan view of a film stack according to a seventh embodiment of an electroacoustic transducer according to the invention.
  • FIG. 8d shows a detailed view II of the film stack of FIG. 8c
  • Figure 9 is a plan view of a film stack according to an eighth embodiment of an electroacoustic transducer according to the invention.
  • FIG. 10 shows a schematic side sectional view of a ninth embodiment of an inventive electroacoustic transducer.
  • FIG. 11 shows a schematic side sectional view of a tenth embodiment of an electroacoustic transducer according to the invention.
  • FIGS. 1a and 1b show an electroacoustic transducer 10 according to a first embodiment of the invention.
  • the electroacoustic transducer 10 comprises a first piezoelectric element in the form of a cellular piezoelectric polymer film 12 and a second piezoelectric element in the form of a cellular piezoelectric polymer film 14.
  • layered films may also be used as piezoelectric elements.
  • the piezoelectric films 12, 14 are fi xed by means of a first holding device in the form of a clamping device 16 on a board 18 fi ⁇ .
  • the first film 12 is fixed in a first holding region 20 and the second film 14 is fixed in a first holding region 22.
  • the board 18 carries the electrical circuit of the electro-acoustic transducer 10.
  • Both the surfaces of the piezoelectric films 12 and 14 facing the printed circuit board 18 and the the board 18 facing away from the surfaces Piezoelectric films 12 and 14 are metallized.
  • the surface of the film 12 facing away from the printed circuit board 18 is connected to the circuit located on the printed circuit board 18 via an unillustrated contacting.
  • the surface of the film 14 facing the printed circuit board 18 is likewise connected to the circuit of the electroacoustic transducer 10 located on the printed circuit board by means of an unillustrated electrical connection, which may in particular be encompassed by the clamping device 16.
  • the clamping device 16 is electrically non-conductive, so that the films 12, 14, in order to increase the voltage applied to the circuit board 18 located circuit, are electrically connected in series.
  • the electroacoustic transducer 10 is characterized in that the two piezoelectric foils 12, 14 in respective decoupling regions 24, 26 are acted upon by sound waves on both surfaces.
  • the piezoelectric films 12, 14 can be used independently of vibrate each other, in particular in their thickness direction, so that the electroacoustic transducer 10 due to the low masses of the piezoelectric films 12 and 14 and the associated relatively high resonant frequency of the individual piezoelectric films 12 and 14 has a large frequency range with a uniform sensitivity als ⁇ .
  • the films 12 and 14 are electrically connected in series, so that the potential differences generated on the surfaces of the films 12, 14 add up and thus a In comparison to the use of a single piezoelectric film increased output voltage of the elec ⁇ cal circuit of the electro-acoustic transducer can be supplied.
  • the electroacoustic transducer 10 has a high sensitivity over a wide frequency range.
  • FIG. 2 a shows a second embodiment of an electroacoustic transducer according to the invention in the form of a microphone 50.
  • the microphone 50 includes a base plate 52 which is particularly formed as a circuit board having an electrical circuit such as an amplifier circuit.
  • the microphone 50 further comprises a clamping device 54 which serves as first and second holding device for piezoelectric elements in the form of cellular piezoelectric polymer films 56, 58, 60, 62. Layered foils can also be used in this embodiment as an alternative to cellular polymer films.
  • the clamping device 54 can extend over the entire side length of the foils 56, 58, 60, 62 or, similar to the electroacoustic transducer 10 shown in FIG. 1b, only a part of the side edge of the foils 56, 58, 60, 62 fix.
  • FIG. 2 b shows a detailed view of the detail I of the microphone 50 of FIG. 2 a.
  • the clamping device 54 has clamping elements 54a and 54b.
  • the piezoelectric films 56, 58, 60, 62 each have a first holding region 56a, 58a, 60a, 62a, and a first decoupling region 56b, 58b, 60b and 62b.
  • the piezoelectric films 56, 58, 60, 62 are respectively metallized on their lower and upper sides.
  • the clamping element 54b kontak- The surface of the foil 56 facing away from the clamping element 54b is in direct contact with the surface of the foil 58 facing the clamping element 54b in the first holding region 58a , This results in an electric series connection between the films 56 and 58.
  • an electrically conductive spacer 64 is arranged, on the side facing away from the film 58, the first holding portion 60a of the film 60 rests.
  • the first holding portion 62a of the film 62 is placed on the first Halte ⁇ area 60a of the film 60.
  • the clamping element 54a of the clamping device 54 is grounded.
  • the clamping device 54 thus on the one hand leads to a mechanical fastening of the foils 56, 58, 60, 62 on the base plate 52.
  • the foils 56, 58, 60, 62 are loosely placed on top of one another via the clamping device 54 Haltebe ⁇ rich 56a, 58a, 60a, 62a fixed.
  • the spacer 64 also ensures that the foils 58 and 60, in particular outside the holding regions 58a, 60a, ie in the first decoupling regions 58b, 60b, are spaced apart from one another or only slightly in these regions 58b, Touch 60b.
  • Figures 2a and 2b are not to scale the relative position of the films 56, 58, 60, 62 represent ins ⁇ particular the fanning of the films 56, 58, 60, 62 is greatly exaggerated, wo ⁇ in in reality the foils 56, 58, 60, 62 are relatively close together.
  • a spacer 66 is arranged on the upper side of the film 56 in the first decoupling region 56b.
  • a similar spacer 68 is also arranged on the film 60 in the first decoupling region 60b.
  • the spacers 66, 68 ensure that the foils 56, 58, in the decoupling regions 56b, 58b, and the foils 60 and 62 in the decoupling regions 60b and 62b are at least partially spaced apart from one another.
  • the films 56, 58, 60, 62 outside the holding areas 56a, 58a, 60a and 62a touch only slightly and are vonein ⁇ other spaced, whereby air between the films 56, 58, 60, 62 in the Ent ⁇ coupling areas 56b, 58b, 60b, 62b is located.
  • At least one spacer is present in the decoupling region or holding region between each pair of foils, without corresponding spacers being provided in the respective holding region or decoupling region. If a sound wave hits the microphone 50, then each film 56, 58, 60, 62 is exposed to the changes in sound pressure, at least in the decoupling region 56b, 58b, 60b, 62b. Due to the changes in sound pressure, there is a change in the geometry of the films 56, 58, 60, 62, in particular in the decoupling regions 56b, 58b, 60b, 62b.
  • This geometry change is in particular a change in the film thickness D, so that due to a high piezo constant d 33 of the films 56, 58, 60, 62 charges are generated on the respective surfaces of the films 56, 58, 60, 62. Due to the electrical series connection of the foils 56, 58, 60, 62, the voltages generated by the foils 56, 58, 60, 62 are added. This results in a high sensitivity of the microphone 50, up to high frequencies.
  • the resonance frequency of the piezoelectric elements of the microphone 50 is hardly changed, at least in the decoupling areas 56b, 58b, 60b, 62b, compared with the use of a single foil.
  • the sensitivity of the four-foil microphone 50 is significantly increased, namely approximately four times as high, without the useful frequency range of the microphone 50 being reduced compared to a single-microphone .
  • the spacers 66, 68 are, in particular, a lacquer layer which is applied to the foil 56 or 60 before the foils 56, 58, 60, 62 are stacked on one another.
  • the thickness of the same and thus the height of the spacer 66 and 68 and thus the distance of the films with each other can be adjusted well.
  • the lacquer layer it is also possible to apply a plastic coating or an adhesive agent layer which is dried before the films are applied to one another.
  • the films are submerged in a lacquer in regions before depositing the films, whereby a substantially continuous layer is formed, which in particular is a fraction of a millimeter thick and thus the mechanical properties of the films is not affected.
  • the lacquer applied in this way has a certain, easily adjustable thickness and leads to a spacing of the foils from one another so that air and thus sound waves can pass between the foils.
  • the first holding regions 56a, 58a, 60a, 62a are as small as possible in relation to the first decoupling regions 56b, 58b, 60b, 62b.
  • FIG. 3 shows a third embodiment of an electroacoustic transducer according to the invention in the form of a microphone 100.
  • the structure of the microphone 100 is similar to that of the microphone 50.
  • the microphone 100 has a base plate 102 on which a clamping device 104 is arranged.
  • piezoelectric elements in the form of piezoelectric, in particular cellular or layered films 106, 108, 110 and 112 are fixed locally such that an electrical Rei ⁇ henscaria between the piezoelectric films 106, 108, 110 and 112 is achieved and simultaneously Using spacers similar to those used in the microphone 50, a fanning of the films 106, 108, 110 and 112 is achieved so that air and thus sound waves can pass between the individual films 106, 108, 110 and 112. In this case, a fixing of the films by means of the Haltvor ⁇ direction 104 over the entire depth of the films or only in partial areas. In contrast to the film microphone 50 shown in FIGS.
  • the films 106, 108, 110, 112 of the microphone 100 have second decoupling regions 106c in addition to first holding regions in the region of the clamping device 104 and first decoupling regions 106b, 108b, HOb, 112b. 108c, 110c and 112c.
  • the piezoelectrically active area of the films 106, 108, 110, 112 is increased in comparison to the films 56, 58, 60, 62 of the microphone 50, whereby the sensitivity of the microphone 100 is further increased compared to the microphone 50 without causing it to malfunction of the microphone 100 due in particular by vibrations from the outside Bending vibrations of the films 106, 108, 110, 112 in the decoupling areas 106b, 106c, 108b, 108c, HOb, HOc, 112b, 112c can come.
  • FIG. 4 shows a fourth embodiment of an electroacoustic transducer according to the invention in the form of a microphone 150.
  • the microphone 150 has a base plate 152, which in particular at least partially carries the electrical circuit of the microphone 150, wherein on the base plate 152 and no electrical component can be located.
  • Foils, in particular cellular or layered piezoelectric foils 156, 158, 160, 162, are mechanically fastened to the base plate 152 by means of a holding device 154, and the foils 156, 158, 160, 162 metallized on both sides are electrically connected in series via the clamping device 154.
  • the films 156, 158, 160, 162 are in particular fanned out by the spacers described above, so that they are spaced von ⁇ and air and thus sound waves in the spaces zwi ⁇ tween the films 156, 158, 160, 162 can occur.
  • the microphone 150 provision is made in particular for sound waves to occur on the microphone 150 from a direction from above in FIG.
  • the microphone 150 comprises a shielding device 164 in the form of an air and sound-permeable metal grid, the grid being grounded, as can be seen in the figure.
  • the piezoelectric elements are loosely stacked in the form of cellular piezoelectric polymer films 202, 204, 206, 208 metallized on both sides each fixed in a holding region 202a, 204a, 206a, 208a by means of a holding device 210 and at the same time electrical are contacted so that the piezoelectric films 202, 204, 206, 208 are connected in series.
  • Layered films can also be used instead of piezoelectric cellular films.
  • the films 202, 204, 206, 208 have a rough surface, so that air is between the respective films 202, 204, 206, 208, and sound waves between the respective films 202, 204, 206th 208 can occur and independent vibrations of each foil 202, 204, 206, 208, in particular thickness vibrations, can take place in the decoupling regions 202b, 204b, 206b, 208b.
  • the spacing of the foils 202, 204, 206, 208 is achieved in particular by the fact that they only contact one another selectively at the elevations caused by the surface roughness and thus have a spacing in the remaining regions.
  • a spacing between the individual piezoelectric elements can also be achieved by a suitable design of the shape of the piezoelectric elements, in particular by forming at least one spacer element.
  • a piezoelectric element in the form of a cellular piezoelectric polymer film strip is shown 250 shown in supervision.
  • the foil strip can also consist of layered foils.
  • Fig. 5b of the film strip 250 is shown in side view from direction B in Fig. 6a.
  • the foil strip 250 has a spacer element in the form of a bend 252. This kink 252 is perpendicular to a longitudinal axis x of the foil strip 250.
  • the longitudinal kink 252 By the longitudinal kink 252, as can be seen from FIGS. 6c and 6d, it is achieved that in the case of incorporation of a plurality of foils which have a shape analogous to the foil strip 250 in an electroacoustic transducer a spacing between individual piezoelectric films 254, 256 or 262, 264, 266 and 268 can be achieved.
  • two piezoelectric films 254, 256 are fixed by means of a holding device 258.
  • the film 254 has a fold or a bend 255 and the film 256 has a fold or a bend 257.
  • piezoelectric films 254, 256 in respective decoupling regions 254a and 256a are spaced apart so that sound waves between the films 254, 256 can occur and so the two films 254, 256 when excited by sound waves independently of each other, especially in their thickness direction.
  • piezoelectric sheets 262, 264, 266, and 268 having creases 263, 265, 267, and 269, respectively are fixed by means of a retainer 260. As can be seen from FIG.
  • the formation of the creases 263, 265, 267, 269 results in the films 262, 264, 266, 268 being at least partially spaced from each other in such a manner that sound waves are between two each The films can occur and so vibration excitation of the individual films can be achieved independently of the respective other ren films for generating an electrical voltage.
  • Such a spacing of individual piezoelectric elements, in particular in the form of cellular piezoelectric polymer films or layered films can also be achieved by a folding or folding of the corresponding piezoelectric element take place along a longitudinal direction of the piezoelectric element.
  • FIGS. 7 a, 7 b a piezoelectric element in the form of a cellular piezoelectric polymer film strip 300, which has a bend 302 along a longitudinal direction x 'of the film strip 300, is shown.
  • FIG. 7c shows a combination of two films 304 and 308 bent or folded analogously to the film strip 300.
  • the film 304 has a bend 306, while the film 308 has a bend 310.
  • FIG. 7c shows a sectional view of the films 304, 308 in a decoupling region.
  • the longitudinal bend 306 of the film 304 and the longitudinal crease 310 of the film 308 ensure that the films 304, 308 are spaced apart from one another in this decoupling region 50 so that sound waves can enter between the films 304, 308 and a piezoelectric activity of the films 304, 308 can be produced.
  • FIGS. 7d and 7e such an arrangement of piezoelectric films or film strips is not restricted to two films, but by forming a longitudinal bend along the respective films, film stacks can be constructed in which each is ensured in that a spacing between each two adjacent foils is achieved in such a way that sound waves can pass between the foils in order to achieve a corresponding excitation of the piezoelectric effect in the individual foils independently of one another.
  • a film stack is shown consisting of four piezoelectric films 312, 314, 316 and 318
  • FIG. 7e shows a film stack consisting of six films 320, 322, 324, 326, 328 and 330.
  • FIGS. 8a to 9 show embodiments of corresponding piezoelectric elements which make it possible to arrange a large piezoelectrically active area in the smallest possible space when using, in particular cellular, piezoelectric polymer films or layered films and thus a high film capacity to reduce the necessary space of an electroacoustic transducer.
  • FIG. 8 a shows a first stack of piezoelectric films of a sixth embodiment of an electronic acoustic transducer according to the invention, comprising three film strips 400, 402, 404 shown.
  • the film 400 is a polymer film that has no piezoelectric properties and serves as insulation while the films 402, 404 are cellular piezoelectric polymer films.
  • FIG. 8b shows a side view of the film stack of FIG. 8a from direction C.
  • FIG. A sound or air inlet or outlet into or out of the foil stack of FIG. 8a takes place in the direction of the arrows 414, 416.
  • FIG. 8c shows a further embodiment of a film stack 450 of a seventh embodiment of an electroacoustic transducer according to the invention. Similar to the film stack shown in FIG. 8a, in the film stack 450 of FIG. 8c, the stack 450 is wrapped around it after being mounted in a fixture 452. In contrast to the film stack shown in FIG. 8 a, however, the end of the film stack 450 opposite that of the holding device 452 is clamped in a holding device 454. As can be seen from FIG. 8d, which shows a section of the film stack 450 of FIG. 8c corresponding to the detail II, the film stack 450 consists of individual films 456, 458, 460 and 462.
  • the films 456, 458 , 460 are piezoelectric films
  • the film 462 is an insulation of a polymer film having no piezoelectric properties.
  • the foils 456, 458, 460 are metallized on both sides and via the holding device 452 or 454 it is achieved that the foils 456, 458, 460 contact each other in such a way that they are electrically connected in series.
  • FIG. 9 shows a foil stack 450 according to an eighth embodiment of an electroacoustic transducer according to the invention, comprising the piezoelectric foils 502, 504 and 506.
  • the film stack 500 is clamped in via clamping devices 508, 510 in such a way that the piezoelectric films 502, 504, 506 metallized on both sides contact each other and are electrically connected in series.
  • the clamping device 508, 510 By appropriate interconnection of the clamping device 508, 510, the use of an insulating film, as is necessary in the film stack shown in FIGS. 7a to 7d, can be dispensed with. As can be seen from FIG.
  • the superimposed individual foils 502, 504, 506 are folded in a zigzag shape in such a way that corresponding free spaces form between the foils 502, 504, 506, into which sound waves can enter and a respective independent oscillation of the films 502, 504, 506 can effect.
  • a sound or air inlet or outlet occurs in the film stack 500 in a direction perpendicular to the plane of the drawing of FIG. 9.
  • FIG. 10 shows a ninth embodiment of an electroacoustic transducer in the form of a microphone 1200.
  • the microphone 1200 has a base plate 1202 on which clamping devices 1204 and 1206 are arranged.
  • clamping devices 1204 and 1206 By means of the clamping devices 1204, 1206, piezoelectric elements in the form of the foils 1208, 1210, 1212, 1214, 1216 are held.
  • the foils 1208, 1210, 1212, 1214, 1216 have first holding regions 1208a, 1210a, 1212a, 1214a and 1216a as well as second holding regions 1208d, 121Od 3 1212d, 1214d, 1216d.
  • the foils 1208, 1210, 1212, 1214, 1216 have, between the first holding regions 1208a, 1210a, 1212a, 1214a, 1216a and the second holding regions 1208d, 121Od, 1212d, 1214d, 1216d, first decoupling regions 1208b, 1210b, 1212b, 1214b, 1216b.
  • the foils 1208, 1210, 1212, 1214, 1216 have different lengths, so that by fixing the foils 1208, 1210, 1212, 1214, 1216 by the clamping devices 1204, 1206 to a spacing of the foils 1208, 1210, 1212, 1214, 1216 comes without the use of Abstandshal ⁇ tern is necessary.
  • FIG. 11 shows an inventive electroacoustic transducer in the form of a microphone 1250.
  • the microphone 1250 has a baseplate 1252 that carries the electrical circuit of the microphone 1250.
  • the microphone 1250 comprises a first holding device 1254 and a second holding device 1256.
  • piezoelectric elements in the form of the films 1258, 1260, 1262, 1264, 1266, 1268, 1270 are arranged.
  • the slides of the microphone 1250 have substantially equal lengths.
  • FIG. 11 shows an inventive electroacoustic transducer in the form of a microphone 1250.
  • the microphone 1250 has a baseplate 1252 that carries the electrical circuit of the microphone 1250.
  • the microphone 1250 comprises a first holding device 1254 and a second holding device 1256.
  • the Haltevor ⁇ devices 1254, 1256 piezoelectric elements in the form of the films 1258, 1260, 1262, 1264, 1266, 1268, 1270 are arranged.
  • the slides of the microphone 1250
  • the holding devices 1254, 1256 are formed in a V-shaped manner in regions, so that the points at which the film 1258 is fastened to the holding devices 1254, 1256 have a smaller distance from each other than the ones In this way, a spacing of the films 1258, 1260, 1262, 1264, 1266, 1268, 1270 is achieved in the respective decoupling regions, whereby if air and thus sound waves can pass between the foils 1258, 1260, 1262, 1264, 1266, 1268, 1270.
  • electroacoustic transducers have been described in the exemplary embodiments whose piezoelectric elements have cellular piezoelectric polymer films or 147 ⁇ th films, the invention is not limited to the use of films or Ver ⁇ use of these materials.
  • other, in particular cellular or porous materials, such as Teflon or the like, as piezo ⁇ electrical material or other geometries of the piezoelectric elements can be used.
  • the invention provides an electroacoustic transducer, in particular in the form of a microphone, whose frequency range can be extended far beyond the usual range of 20 kHz at high sensitivity, if desired, and is structurally simple and inexpensive to produce.
  • the microphone thus fulfills requirements in order to also use DVDs in the audio sector, in particular in order to exploit the high storage capacities of this medium in order to be able to record frequency ranges outside the audible range, in particular in the ultrasound range.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektroakustischen Wandler, umfassend zumindest ein erstes piezoelektrisches Element und zumindest ein elektrisch mit dem ersten piezoelektrischen Element in Reihe geschaltetes, zweites piezoelektrisches Element, wobei die Geometrie des ersten und des zweiten piezoelektrischen Elementes zur Erzeugung elektrischer Signale mittels einer zumindest bereichsweisen Beaufschlagung mit Schallwellen veränderbar ist, wobei daß das erste und das zweite piezoelektrische Element jeweils zumindest einen ersten Entkopplungsbereich aufweisen und das erste piezoelektrische Element zumindest in dem ersten Entkopplungsbereich zumindest bereichsweise derart mechanisch von zumindest dem ersten Entkopplungsbereich des zweiten piezoelektrischen Elementes entkoppelt ist, daß die piezoelektrischen Elemente einzeln unabhängig voneinander schwingen können oder die Geometrie des ersten piezoelektrischen Elements und die Geometrie des zweiten piezoelektrischen Elements im wesentlichen unabhängig voneinander veränderbar sind und sowohl das erste als auch das zweite piezoelektrische Element jeweils zumindest in dem ersten Entkopplungsbereich zumindest bereichsweise unmittelbar mit Schallwellen beaufschlagbar sind.

Description

Elektroakustischer Wandler
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektroakustischen Wandler, umfassend zumindest ein erstes piezoelektrisches Element und zumindest ein elektrisch mit dem er¬ sten piezoelektrischen Element in Reihe geschaltetes, zweites piezoelektrisches Element, wobei die Geometrie des ersten und des zweiten piezoelektrischen Elementes zur Erzeu¬ gung elektrischer Signale mittels einer zumindest bereichsweisen Beaufschlagung mit Schallwellen veränderbar ist, sowie die Verwendung eines erfindungsgemäßen elektroaku¬ stischen Wandlers.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene elektroakustische Wandler, insbesondere unter Verwendung von piezoelektrischen Elementen bekannt. So offenbart die US 4,670,074 einen gattungsgemäßen elektroakustischen Wandler, nämlich einen piezoelektri¬ schen Polymerumformer, und ein Verfahren zur Herstellung desselben. In diesem Wandler wird zumindest eine Lage einer polymerischen Substanz verwendet, die dazu geeignet ist, piezoelektrische Eigenschaften auszubilden, wenn sie in Anwesenheit eines elektrischen Feldes an ein leitfähiges Material, das als Elektrode wirkt, laminiert wird. Gemäß der US 4,670,074 ist auch das leitfähige Material eine polymerische Substanz. Um eine Erhöhung der Empfindlichkeit des Umformers zu erreichen, ist vorgesehen, daß ein Umformer aus zwei Blättern besteht, die jeweils metallisierte Oberflächen und eine Zwischenelektrode aufweisen, wobei die Blätter zusammengeschweißt bzw. miteinander verbunden sind. Durch eine Verbiegung der Blätter bei einem Auftreffen von Schallwellen werden durch die mit der Verbiegung einhergehenden Längenänderungen der Blätter aufgrund des pizoe- lektrischen Effekts in die sogenannte d3f Richtung elektrische Signale generiert.
Ein weiterer gattungsgemäßer elektroakustischer Wandler, in dem der piezoelektrische Effekt in die sogenannte d3f Richtung ausgenutzt wird, ist aus der US 4,295,010 bekannt. In diesem elektroakustischen Wandler wird eine Vielzahl von metallbeschichteten piezo¬ elektrischen Polymerfilmen als ein Oszillator eingesetzt. Benachbarte Filmpaare sind mit¬ tels eines Klebstoffs miteinander verbunden. Die vorwiegende Ausnutzung von Längenän¬ derungseffekten in die sogenannte d31 und d32 Richtung führt zu einer reduzierten Emp¬ findlichkeit des Wandlers.
Auch die US 4,376,302 offenbart einen gattungsgemäßen elektroakustischen Wandler in Form eines piezoelektrischen Unterwasserschallempfängers. Dieser Unterwasserschall¬ empfänger enthält ein einzelnes flexibles Blatt aus einem piezoelektrischen Polymer, wel¬ ches eine Vielzahl von Elektrodenstreifen auf der Ober- und Unterseite aufweist. Die Elek¬ trodenstreifen auf der Oberseite sind versetzt zu den Streifen auf der Unterseite angeord¬ net. Dies führt zu einem komplizierten Herstellungsprozeß. Ferner sind die Zwischenberei¬ che zwischen den Elektroden piezoelektrisch inaktiv, wodurch eine geringere Empfind¬ lichkeit des Empfängers vorliegt. Nachteilig bei diesem elektroakustischen Wandler ist ferner auch, daß durch den Einsatz gewöhnlicher piezoelektrischer Folien die Empfind¬ lichkeit des Empfängers zusätzlich geringer ist und somit der Eigengeräuschpegel des elek¬ troakustischen Wandlers groß ist.
Des Weiteren ist aus dem Artikel „Ferroelectrets: Soft Electroactive Foams for Transdu- cers", Physics Today, Februar 2004, Seiten 37 bis 43, sowie dem Artikel „New piezoelec- tic polymer for air-borne and water-borne sound transducers", Journal of Acoustic Society of America, April 2001, Seiten 1412 bis 1416, die Verwendung von zellularen Polymerma¬ terialien beim Aufbau elektroakustischer Wandler bekannt. Grundsätzlich wandeln elektroakustische Wandler mechanische Energie, die in Schallwel¬ len enthalten ist, in elektrische Energie um (z.B. Mikrophone) bzw. wandeln elektrische Energie in mechanische Energie, die in Form von Schallwellen emittiert wird, um (z.B. Lautsprecher). Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind elektroakustischen Wandler der ersten Gruppe. Insbesondere die Verwendung von zellularen piezoelektrischen Poly¬ merfolien führt zu einem einfachen und kostengünstigen Aufbau des elektroakustischen Wandlers, insbesondere im Vergleich zu dynamischen Mikrophonen, keramischen Mikro¬ phonen, Kondensatormikrophonen und Elektretmikrophonen. Die Qualität eines elektro¬ akustischen Wandlers hängt ferner insbesondere von den Kenngrößen Empfindlichkeit, Eigengeräuschpegel, Klirrfaktor und Linearität ab. Bei Einsatz von zellularen piezoelektri¬ schen Polymerfolien als piezoelektrische Elemente in einem elektroakustischen Wandler werden diese Kenngrößen wesentlich durch die Folieneigenschaften bestimmt. Es hat sich gezeigt, daß der Klirrfaktor und die Linearität des elektroakustischen Wandlers im wesent¬ lichen durch Optimierung der Folieneigenschaften und des verwendeten Folienmaterials optimiert werden kann. Dagegen sind bei der Optimierung der Empfindlichkeit und des Eigengeräuschpegels des elektroakustischen Wandlers, insbesondere bei Verwendung von piezoelektrischen Folien, auch sich gegenseitig beeinflussende Faktoren zu beachten.
Bei Einsatz eines piezoelektrischen Elementes wird der auf das piezoelektrische Element einwirkende Schallwechseldruck mittels des piezoelektrischen Effekts in eine zum Druck proportionale Wechselspannung umgewandelt. Grundsätzlich wird dabei angestrebt, daß die von dem piezoelektrischen Element aufgrund des Schallwechseldrucks erzeugte Wech¬ selspannung so hoch wie möglicht ist, um die Empfindlichkeit des elektroakustischen Wandlers so groß wie möglich zu gestalten und den Eigengeräuschpegel des elektroakusti¬ schen Wandlers zu minimieren.
Um die Empfindlichkeit des elektroakustischen Wandlers zu erhöhen und den Eigenge¬ räuschpegel desselben zu reduzieren, ist es aus dem Stand der Technik, wie beispielsweise aus der zuvor angeführten US 4,670,074, US 4,376,302 und US 4,295,010 bekannt, mehre¬ re piezoelektrische Elemente in einem elektroakustischen Wandler mechanisch miteinan¬ der zu verbinden und elektrisch in Reihe zu schalten. Durch diese elektrische Reihenschal- tung summiert sich die Ausgangsspannung der einzelnen piezoelektrischen Elemente zu einer größeren, durch den elektroakustischen Wandler erzeugten Wechselspannung.
Darüber hinaus sollte ein elektroakustischer Wandler neben einer hohen Empfindlichkeit und einem geringen Eigengeräuschpegel in allen Frequenzbereichen, für die der Wandler sensitiv sein soll, einen glatten Frequenzgang aufweisen, d.h. die Ausgangsspannung sollte in allen Frequenzbereichen im wesentlichen linear proportional zum angelegten Schall¬ druck sein. Dazu sollten insbesondere alle auftretenden Eigenfrequenzen des elektroakusti¬ schen Wandlers oberhalb des Frequenzbereiches liegen, für den der Wandler sensitiv sein soll. Werden mehrere piezoelektrische Elemente mechanisch miteinander verbunden und zur Erhöhung der Ausgangsspannung und damit der Empfindlichkeit des elektroakusti¬ schen Wandlers elektrisch in Reihe geschaltet, so kommt es jedoch aufgrund der mechani¬ schen Kopplung der piezoelektrischen Elemente, insbesondere in Form von Folien, dazu, daß die piezoelektrischen Elemente sich nicht mehr einzeln, sondern als gekoppeltes Sy¬ stem bewegen bzw. schwingen. Im Vergleich zu einem einzelnen piezoelektrischen Ele¬ ment besitzt ein System aus mehreren, mechanisch miteinander gekoppelten piezoelektri¬ schen Elementen eine höhere Masse und somit eine reduzierte Resonanzfrequenz. Bei der Verwendung von piezoelektrischen Folien hat sich gezeigt, daß die Resonanzfrequenz des elektroakustischen Wandlers im wesentlichen umgekehrt proportional zur Anzahl der mit¬ einander mechanisch verbundenen Folien reduziert wird. Dadurch wird der nutzbare Fre¬ quenzbereich des elektroakustischen Wandlers bereits bei der mechanischen Kopplung von wenigen piezoelektrischen Elementen deutlich beschränkt. So sind beispielsweise zellulare piezoelektrische Polymerfolien bekannt, die bei größter Empfindlichkeit eine Resonanz¬ frequenz von ungefähr 100 kHz aufweisen. Soll der elektroakustische Wandler einen fla¬ chen Frequenzgang im Hörschallbereich aufweisen, so ist die Resonanzfrequenz des ge¬ samten elektroakustischen Wandlers deutlich oberhalb von 20 kHz zu halten, so daß ma¬ ximal vier piezoelektrische Polymerfolien durch eine mechanische Kopplung miteinander kombiniert werden können. Soll der durch den elektroakustischen Wandler nutzbare Fre¬ quenzbereich in den Ultraschallbereich, insbesondere in einen Frequenzbereich oberhalb von 50 kHz ausgedehnt werden, so ist eine derartige mechanisch gekoppelte Kombination von piezoelektrischen Folien nicht mehr möglich, ohne daß der Frequenzgang und die Empfindlichkeit des Wandlers beeinträchtigt wird, da oberhalb einer Resonanzfrequenz ein steiler Abfall der Empfindlichkeit des elektroakustischen Wandlers auftritt und empfindli¬ che Einzelfolien niedrige Resonanzfrequenzen aufweisen. So erfolgt beispielsweise die Herstellung von zellularen piezoelektrischen Folien auf folgende Weise:
Die Ausgangsfolie des Polymermaterials wird zunächst bidirektional gestreckt, so daß in¬ nerhalb des Polymermaterials eine große Anzahl von Hohlräumen gebildet wird. Bei¬ spielsweise durch eine Corona-Aufladung werden diese Polymerfolien dann derart elek¬ trisch geladen, daß sich auf gegenüberliegenden Seiten dieser Hohlräume Elektretladungen ausbilden. Treten Schallwellen auf derartige zellulare Polymerfolien, so werden die in der Polymerfolie ausgebildeten Hohlräume komprimiert, es kommt also zu einer Dickenände¬ rung des Folienmaterials. Da das Elastizitätsmodul üblicher Polymermaterialen bei ca. 1 GPa liegt, der Druck innerhalb der Hohlräume dagegen bei 0,1 MPa liegt, werden bei ei¬ nem Auftreffen von Schallwellen auf die Folie die Hohlräume ca. 10.000 mal stärker kom¬ primiert als das eigentliche Polymermaterial der zellularen Folien. Aufgrund der auf den Hohlraumseiten ausgebildeten Elektretladungen kommt es bei einer Komprimierung der Hohlräume zur Erzeugung der Piezoaktivität und der Abgabe der entsprechenden elektri¬ schen Signale. Im Gegensatz zu bimorphen Materialien, wie sie beispielsweise in dem elektroakustischen Wandler der US 4,670,074 eingesetzt werden, bei denen eine Längen¬ änderung des piezoelektrischen Materials, d.h. einer Änderung der Geometrie in die soge¬ nannte d31 -Richtung, zur Erzeugung eines elektrischen Signals führt, kommt es bei der Verwendung von zellularen piezoelektrischen Materialien aufgrund einer Dickenänderung, d.h. einer Änderung der Geometrie des piezoelektrischen Materials in die sogenannte d33- Richtung, zur Erzeugung elektrischer Signale. Um die Empfindlichkeit von zellularen pie¬ zoelektrischen Folien zu erhöhen, also die d33 "Konstante, d.h. die piezoelektrische Kon¬ stante in die d33 -Richtung, zu erhöhen, werden die Folien weicher gemacht, indem z.B. durch den Expansionsprozeß die Dicke der Folien weiter vergrößert wird. Weichere Foli¬ en, d.h. Folien mit einem kleineren Elastizitätsmodul und einer größeren Dicke, haben aber, da die Masse im Vergleich zu dünneren und steiferen Folien die gleiche ist, eine klei¬ nere Dickenresonanzfrequenz, d.h. eine kleinere Eigenresonanzfrequenz bei Schwingungen in der d33 "Richtung. Eine Möglichkeit der Erhöhung der Empfindlichkeit der Folien könnte zwar darin bestehen, die Folien besser und höher aufzuladen, allerdings ist man hier bereits nahe der physikalisch bedingten Grenzen bei zellularen piezoelektrischen Folien ange¬ kommen.
Insbesondere die Bereitstellung eines elektroakustischen Wandlers, der einen glatten Fre¬ quenzgang bis in den Ultraschallbereich aufweist, ist selbst für die Aufzeichnung von Au¬ diosignalen von Interesse. So gibt es bereits digitale Aufzeichnungsmedien (SACD und DVD-Audio) die im Audiobereich eingesetzt werden und es ermöglichen, daß der aufge¬ zeichnete Frequenzbereich im Vergleich zu den herkömmlichen CDs in den Ultraschallbe¬ reich erweitert wird.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen elektroakustischen Wandler derart weiterzuentwickeln, daß die Nachteile des Stands der Technik überwunden werden, insbesondere ein elektroakustischer Wandler bereitgestellt wird, der einfach auf¬ gebaut und somit kostengünstig herstellbar ist und gleichzeitig gute Kenngrößen, insbe¬ sondere eine hohe Empfindlichkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das erste und das zweite piezo¬ elektrische Element jeweils zumindest einen ersten Entkopplungsbereich aufweisen und das erste piezoelektrische Element zumindest in dem ersten Entkopplungsbereich zumin¬ dest bereichsweise derart mechanisch von zumindest dem ersten Entkopplungsbereich des zweiten piezoelektrischen Elementes entkoppelt ist, daß die piezoelektrischen Elemente einzeln unabhängig voneinander schwingen können oder die Geometrie des ersten piezo¬ elektrischen Elements und die Geometrie des zweiten piezoelektrischen Elements im we¬ sentlichen unabhängig voneinander veränderbar sind und sowohl das erste als auch das zweite piezoelektrische Element jeweils zumindest in dem ersten Entkopplungsbereich zumindest bereichsweise unmittelbar mit Schallwellen beaufschlagbar sind.
Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, daß das erste und/oder das zweite piezoelektri¬ sche Element zumindest bereichsweise folienförmig ausgebildet ist bzw. sind, und/oder die Veränderung der Geometrie des ersten und/oder zweiten piezoelektrischen Elementes bei einer Beaufschlagung mit Schallwellen im wesentlichen in einer Dickenänderung des er¬ sten und/oder zweiten piezoelektrischen Elementes besteht.
Dabei ist bevorzugt, daß die Dicke der Folie im Bereich von 0,5 μm bis 500μm, vorzugs¬ weise im Bereich von 20 μm bis 150μm, noch bevorzugter im Bereich von 30 bis 80 μm liegt.
Bei den beiden zuvor genannten Ausfuhrungsformen kann auch vorgesehen sein, daß die Breite und/oder die Länge des ersten und/oder des zweiten piezoelektrischen Elementes im Bereich von 0,5mm bis 500mm, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 20mm, noch bevor¬ zugter im Bereich von 3 bis 10 mm liegt.
Bei den beiden vorgenannten Alternativen kann auch vorgesehen sein, daß das erste piezo¬ elektrische Element zumindest in dem ersten Entkopplungsbereich zumindest bereichswei¬ se von dem zweiten piezoelektrischen Element, insbesondere dem ersten Entkopplungsbe¬ reich des zweiten piezoelektrischen Elementes, beabstandet ist, wobei vorzugsweise je¬ weils das erste und/oder das zweite piezoelektrische Element, insbesondere im jeweiligen ersten Entkopplungsbereich im wesentlichen allseitig mit Schallwellen beaufschlagbar ist bzw. sind.
In einer vorteilhaften Weiterentwicklung dieser Ausführungsform ist vorgesehen, daß das erste und das zweite piezoelektrische Element jeweils zumindest einen ersten Haltebereich aufweisen, wobei das erste piezoelektrische Element mittels zumindest einer ersten Halte¬ vorrichtung zumindest bereichsweise in dem ersten Haltebereich desselben fixierbar ist und das zweite piezoelektrische Element mittels zumindest einer zweiten Haltevorrichtung zumindest bereichsweise in dem ersten Haltebereich desselben fixierbar ist.
Ferner wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß das erste und/oder das zweite piezoelek¬ trische Element jeweils zumindest einen zweiten Haltebereich aufweist bzw. aufweisen, wobei das erste piezoelektrische Element in dem zweiten Haltebereich desselben mittels zumindest einer dritten Haltevorrichtung fixierbar ist und/oder das zweite piezoelektrische Element in dem zweiten Haltebereich desselben mittels zumindest einer vierten Haltevor¬ richtung fixierbar ist.
Diese Ausführungsfoπn kann dadurch verbessert werden, daß das erste und/oder das zwei¬ te piezoelektrische Element eine Vielzahl von zweiten Haltebereichen aufweist bzw. auf¬ weisen und/oder eine Vielzahl von dritten und/oder vierten Haltevorrichtungen vorhanden ist.
Auch wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß das erste und/oder das zweite piezoelek¬ trische Element jeweils zumindest einen zweiten Entkopplungsbereich aufweist bzw. auf¬ weisen, wobei die Geometrie des ersten und/oder des zweiten piezoelektrischen Elementes zumindest bereichsweise zumindest in dem zweiten Entkopplungsbereich desselben zur Erzeugung elektrischer Signale mittels einer Beaufschlagung mit Schallwellen veränderbar ist, insbesondere eine Dickenänderung des ersten und/oder zweiten piezoelektrischen Ele¬ mentes erzeugbar ist, und vorzugsweise das vorzugsweise folienförmigen erste und/oder das zweite piezoelektrische Element zumindest in dem zweiten Entkopplungsbereich des¬ selben zumindest bereichsweise mechanisch von dem zweiten bzw. dem ersten piezoelek¬ trischen Element entkoppelt ist.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß das erste und das zweite piezoelektrische Element so angeordnet sind, daß zumindest das erste und/oder das zweite piezoelektrische Element jeweils zumindest in dem zweiten Entkopplungsbereich dessel¬ ben zumindest bereichsweise von dem zweiten bzw. ersten piezoelektrischen Element beabstandet ist bzw. sind, vorzugsweise allseitig unmittelbar mit Schallwellen beaufschlagbar ist bzw. sind.
Auch wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß der erste und/oder der zweite Entkopp¬ lungsbereich des ersten und/oder des zweiten piezoelektrischen Elementes größer als der erste und/oder der zweite Haltebereich des ersten bzw. des zweiten piezoelektrischen Ele¬ mentes ist bzw. sind.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, daß das erste und/oder das zweite piezoelektri¬ sche Element zumindest bereichsweise, vorzugsweise zumindest in dem ersten und/oder zweiten Entkopplungsbereich desselben, eine derartige Oberflächenrauhigkeit aufweist bzw. aufweisen, daß eine Beabstandung zwischen dem ersten und/oder zweiten piezoelek¬ trischen Element erreichbar ist.
Bevorzugt ist, daß im Bereich des ersten und/oder des zweiten piezoelektrischen Elements zumindest ein Abstandshalter anordbar ist.
Dabei kann gemäß der Erfindung vorgesehen sein, daß zumindest ein, vorzugsweise elek¬ trisch isolierender, Abstandshalter im Bereich des ersten und/oder des zweiten Entkopp¬ lungsbereiches des ersten und/oder des zweiten piezoelektrischen Elementes, vorzugsweise zwischen dem ersten und dem zweiten piezoelektrischen Element, anordbar ist.
Auch wird vorgeschlagen, daß zumindest ein, vorzugsweise elektrisch leitfähiger, Ab¬ standshalter angrenzend an den ersten und/oder den zweiten Haltebereich des ersten und/oder des zweiten piezoelektrischen Elementes, vorzugsweise zwischen dem ersten und dem zweiten piezoelektrischen Element, anordbar ist.
Bevorzugt ist, daß der Abstandshalter zumindest eine auf zumindest eine Oberfläche des ersten und/oder des zweiten piezoelektrischen Elementes zumindest bereichsweise aufge¬ brachte Lackschicht, Kunststoffbeschichtung und/oder zumindest eine Schicht eines ge¬ trockneten Adhäsionsmittels umfaßt.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß das erste und/oder das zweite piezoelektrische Element zumindest ein Abstandselement, insbesonde¬ re im Bereich des ersten und/oder zweiten Entkopplungsbereichs, umfaßt. Weiterhin kann vorgesehen sein, daß das Abstandselement zumindest eine Gestaltung der Form des ersten und/oder des zweiten, insbesondere folienförmigen, piezoelektrischen Elementes, vorzugsweise in Form zumindest einer Erhebung, zumindest einer Vertierung, zumindest einer Faltung und/oder zumindest eines Knicks,. umfaßt
Mit der Erfindung wird auch ein elektroakustischer Wandler mit einer Vielzahl von zwei¬ ten Entkopplungsbereichen des ersten und/oder des zweiten piezoelektrischen Elementes vorgeschlagen.
Auch wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß zumindest eine Oberfläche, vorzugsweise zumindest zwei sich gegenüberliegende Oberflächen, des ersten und/oder des zweiten pie¬ zoelektrischen Elementes zumindest bereichsweise, vorzugsweise vollständig, metallisiert ist bzw. sind.
Bevorzugt ist, daß die erste und die zweite Haltevorrichtung, die erste und die dritte, die zweite und die vierte und die dritte und die vierte Haltevorrichtung in einem ausgeführt sind, insbesondere sich das erste und zweite piezoelektrische Element mittels der Fixierung durch die erste, zweite, dritte und vierte Haltevorrichtung zumindest bereichsweise, vor¬ zugsweise in dem ersten und/oder zweiten Haltebereich, zur Erreichung der elektrischen Reihenschaltung direkt oder indirekt kontaktieren.
Ferner wird mit der Erfindung ein elektroakustischer Wandler vorgeschlagen, der sensitiv für Schallwellen im hörbaren, im Infraschall- und/oder im Ultraschallfrequenzbereich ist.
Dabei kann vorgesehen sein, daß das erste und/oder das zweite piezoelektrische Element zumindest bereichsweise von zumindest einer luft- und/oder schalldurchlässigen, geerdeten Abschirmung, die vorzugsweise zumindest bereichsweise ein Metallgitter umfaßt, umge¬ ben ist. Weiterhin wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß eine Vielzahl von zweiten elektrisch in Reihe geschalteten piezoelektrischen Elementen, wobei zumindest zwei zweite piezo¬ elektrische Elemente zumindest in einem der ersten und/oder einem der zweiten Entkopp¬ lungsbereich mechanisch voneinander entkoppelt sind.
Dabei wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die zweiten piezoelektrischen Elemente so angeordnet sind, daß zumindest eines der zweiten piezoelektrischen Elemente zumin¬ dest in einem der ersten und/oder einem der zweiten Entkopplungsbereiche zumindest be¬ reichsweise von zumindest einem weiteren zweiten piezoelektrischen Element beabstandet ist, vorzugsweise allseitig unmittelbar mit Schallwellen beaufschlagbar ist, wobei insbe¬ sondere jeweils zumindest ein Abstandshalter, insbesondere im Bereich des ersten und/oder zweiten Entkopplungsbereichs und/oder im Bereich des ersten und/oder zweiten Haltebereichs, im Bereich jedes zweiten piezoelektrischen Elementes anordbar ist .
Ferner wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der erste bzw. der zweite Entkopplungs¬ bereich des ersten piezoelektrischen Elementes und der erste bzw. zweite Entkopplungsbe¬ reich des bzw. der zweiten piezoelektrischen Elemente(s) zur Erzeugung einer Beabstan- dung des ersten und zweiten piezoelektrischen Elementes und/oder zumindest zweier zwei¬ ter piezoelektrischer Elemente, insbesondere im Bereich des ersten bzw. zweiten Entkopp¬ lungsbereiches des ersten und des/der zweiten piezoelektrischen Elemente(s), unterschied¬ liche geometrische Abmessungen, insbesondere unterschiedlich Längen, aufweisen.
Außerdem wird erfmdungsgemäß vorgeschlagen, daß zur Erzeugung einer zumindest be¬ reichsweisen Beabstandung des ersten und des zweiten piezoelektrischen Elementes und/oder zumindest zweier zweiter piezoelektrischer Elemente der erste und/oder der zwei¬ te Haltebereich des ersten piezoelektrischen Elementes zumindest bereichsweise zum er¬ sten und/oder zweiten Haltebereich des/der zweiten piezoelektrischen Elemente(s) und/oder der erste und/oder der zweite Haltebereich zweier zweiter piezoelektrischer Ele¬ mente, insbesondere mittels der geometrischen Ausgestaltung der ersten, zweiten, dritten und/oder vierten Haltevorrichtung zueinander versetzt ist bzw. sind. Insbesondere ist bevorzugt, daß die erste, zweite, dritte und/oder vierte Haltevorrichtung zumindest bereichsweise V-, U- und/oder L-förmig ausgebildet ist bzw. sind.
Ferner wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das erste und das bzw. die zweite(n) pie- zoelektrische(n) Element(e) in Form zumindest eines Stapels, insbesondere eines Folien¬ stapels, angeordnet sind, und/oder das erste und das zweite piezoelektrische Element zu¬ mindest bereichsweise übereinander angeordnet sind.
Dabei wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Stapel, insbesondere zur Erzielung einer Beabstandung zwischen dem ersten piezoelektrischen Element und dem zweiten pie¬ zoelektrischen Element und/oder zwischen zwei zweiten piezoelektrischen Elementen spi¬ ralförmig, meanderförmig, zieharmonikaförmig, kegelförmig, v-förmig, u-förmig und/oder halbkreisförmig ausgebildet ist.
Weiterhin wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das erste und/oder das zweite bzw. die zweiten piezoelektrische(n) Element(e) ein zelluläres und/oder poröses Material mit Elektreteigenschaften, insbesondere umfassend einen Polymerschaum, vorzugsweise basie¬ rend auf Polypropylen, ein Fluorpolymer, wie Polyvinylidenfluorid, und/oder ein Fluor- ethylen, wie Polytetrafluorethylen, vorzugsweise Polytetrafluorethylen-FEP, umfaßt bzw. umfassen und/oder in Form geschichteter, insbesondere folienfδrmiger Elemente, die zu¬ mindest bereichsweise unter Bildung piezoelektrisch wirkender Hohlräume miteinander verbunden sind, ausgebildet ist bzw. sind.
Schließlich kann der elektroakustische Wandler als Audio-, Ultraschall- und/oder Infra¬ schallmikrophon verwendet werden.
Der Erfindung liegt somit die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß ein einfach aufge¬ bauter und damit kostengünstig herstellbarer elektroakustischer Wandler, der sehr gute Empfindlichkeitseigenschaften aufweist, dadurch bereitgestellt werden kann, daß mehrere piezoelektrische Elemente, insbesondere umfassend zelluläre piezoelektrische Polymerfo- lien, so kombiniert werden, daß die piezoelektrischen Elemente elektrisch in Reihe ge¬ schaltet werden, jedoch mechanisch entkoppelt sind. Es liegt also eine mechanische Ent¬ kopplung der piezoelektrischen Elemente in den Entkopplungsbereichen vor. Bevorzugt werden die piezoelektrischen Elemente so angeordnet, daß der Großteil jedes piezoelektri¬ schen Elementes einzeln durch Schallwellen anregbar ist und die piezoelektrischen Ele¬ mente einzeln, d.h. mechanisch untereinander entkoppelt, schwingen können, insbesondere Dickenschwankungen, daß heißt Veränderungen der Geometrie in die d33-Richtung, unab¬ hängig voneinander anregbar sind. So lassen sich die piezoelektrischen Elemente durch die aufitreffenden Schallwellen unabhängig voneinander deformieren, d.h. die Geometrie des jeweiligen piezoelktrischen Elements läßt sich im wesentlichen unabhängig von der Geo¬ metrie der anderen piezoelektrischen Elemente verändern. Somit sind die piezoelektrischen Elemente ferner in dem gesamten Entkopplungsbereich piezoelektrisch aktiv und somit größtmöglich empfindlich. Insbesondere bei der Verwendung von piezoelektrischen Folien in einem elektroakustischen Wandler wird dies dadurch erreicht, daß die Folien so kombi¬ niert bzw. verbunden werden, daß im wesentlichen keine mechanische Kopplung zwischen den Folien eintritt und somit jede einzelne Folie annähernd frei schwingen kann, wodurch die Resonanzfrequenz im wesentlichen nicht reduziert wird und somit die Empfindlichkeit des Foliensystems und damit des elektroakustischen Wandlers, insbesondere bei höherer Frequenzen, nicht beeinträchtigt wird. Dadurch, daß die Folien so angeordnet werden, daß sie nur in einem kleinen Bereich zur Erzielung einer elektrischen Reihenschaltung mecha¬ nisch miteinander verbunden sind, über den restlichen großen Bereich jedoch frei schwin¬ gen können und einen so großen Abstand voneinander aufweisen, daß Schallwellen zwi¬ schen jede der Folien eindringen kann, kann jede einzelne Folie unabhängig von den ande¬ ren angeregt werden und die Empfindlichkeit des Mikrophons wird aufgrund der elektri¬ schen Reihenschaltung der Folien erhöht. So kann bei n Folien ca. eine n-fache Empfind¬ lichkeit erreicht werden. Insbesondere können in einem erfindungsgemäßen elektroakusti¬ schen Wandler auch Folien eingesetzt werden, die zur Erhöhung der Empfindlichkeit ein geringes Elastizitätsmodul und damit eine geringere Eigenresonanzfrequenzen aufweisen, ohne daß der Frequenzgang des elektroakustischen Wandlers negativ beeinflußt wird. So führt gerade die erfindungsgemäße Kombination von piezoelektrischen Elementen dazu, daß die Empfindlichkeit des elektroakustischen Wandlers dadurch erhöht wird, daß die Ausgangsspannungen der piezoelektrischen Elemente addiert werden, ohne daß eine Opti¬ mierung der Empfindlichkeit der einzelnen piezoelektrischen Elemente, insbesondere bei zellulären piezoelektrischen Polymerfolien durch eine Verringerung des Elastizitätsmo¬ duls, die, wie zuvor beschrieben, den Frequenzgang des piezoelektrischen Elementes nega¬ tiv beeinflußt, notwendig ist. Somit können mittels der Erfindung insbesondere elektroaku- stische Wandler bereitgestellt werden, die hohe Empfindlichkeiten im hörbaren Frequenz¬ bereich und Ultraschallbereich aufweisen, um auch für zukünftige Audionormen, die zu höheren Frequenzen erweiterte Frequenzbereiche aufweisen, zur Schallaufzeichnung ver¬ wendet werden zu können. Wie bereits zuvor erwähnt, werden bevorzugt piezoelektrische Elemente verwendet, die Ferroelektrete, wie zelluläre piezoelektrische Folien, umfassen. Allgemein versteht man unter Ferroelektreten, Elemente, wie Folien, die piezoelektrische Eigenschaften aufweisen, ein Material umfassen, welches Elektreteigenschaften aufweist, d.h. elektrisch isolierend ist, aber an zumindest zwei gegenüberliegenden Oberflächen ent¬ gegengesetzte elektrische Ladungen trägt, sowie zellulär oder porös sind. Hierunter werden im Sinne der Anmeldung auch geschichtete Elemente, insbesondere geschichtete Folien verstanden. Bei diesen werden mehrere Folienelemente, insbesondere thermisch, zumin¬ dest bereichsweise miteinander verbunden. Bei dieser Verbindung bilden sich definierte Hohlräume, die piezoelektrisch wirken.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Be¬ schreibung, in der bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft anhand schematischer Zeichnungen im Einzelnen erläutert sind.
Figur Ia eine schematische .Seitenschnittansicht einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines elektroakustischen Wandlers;
Figur Ib eine Aufsicht auf den elektroakustischen Wandler der Figur 1 aus Richtung
A; Figur 2a eine schematische Seitenschnittansicht einer zweiten Ausführungsform ei¬ nes erfindungsgemäßen elektroakustischen Wandlers;
Figur 2b eine Detailansicht I des elektroakustischen Wandlers der Figur 2a;
Figur 3 eine schematische Seitenschnittansicht einer dritten Ausführungsform eines elektroakustischen Wandlers gemäß der Erfindung;
Figur 4 eine schematische Seitenschnittansicht einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektroakustischen Wandlers;
Figur 5 eine Detailansicht eines elektroakustischen Wandlers gemäß eines erfin¬ dungsgemäßen fünften Ausführungsform;
Figur 6a eine Aufsicht auf ein piezoelektrisches Element in Form eines Folienstrei¬ fens gemäß der Erfindung;
Figur 6b eine Seitenansicht des Folienstreifens der Fig. 6a aus Richtung B;
Figur 6c eine Detailansicht eines elektroakustischen Wandlers umfassend zwei Foli¬ enstreifen gemäß den Figuren 6a und 6b;
Figur 6d eine Detailsansicht eines elektroakustischen Wandlers umfassend vier Foli¬ enstreifen gemäß den Figuren 6a und 6b;
Figur 7a eine Aufsicht auf ein piezoelektrisches Element in Form eines Folienstrei¬ fens gemäß der Erfindung;
Figur 7b eine perspektivische Ansicht des Folienstreifens der Figur 7a; Figur 7c eine Querschnittsansicht auf zwei Folienstreifen der Fig. 7a und 7b im ein¬ gebauten Zustand;
Figur 7d eine Querschnittsansicht auf vier Folienstreifen der Fig. 7 a und 7b im ein¬ gebauten Zustand;
Figur 7e eine Querschnittsansicht auf sechs Folienstreifen der Fig. 7a und 7b im ein¬ gebauten Zustand;
Figur 8a eine Aufsicht auf eine Kombination piezoelektrischer Elemente in Form eines Folienstapels gemäß einer sechsten Ausführungsform eines erfin¬ dungsgemäßen elektroakustischen Wandlers;
Figur 8b eine Seitenansicht auf den Folienstapel der Fig. 8a aus Richtung C;
Figur 8 c eine Aufsicht auf einen Folienstapel gemäß einer siebten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektroakustischen Wandlers;
Figur 8d eine Detailansicht II des Folienstapels der Fig. 8c;
Figur 9 eine Aufsicht auf einen Folienstapel gemäß einer achten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektroakustischen Wandlers;
Figur 10 eine schematische Seitenschnittansicht einer neunten Ausführungsform ei¬ nes erfindungsgemäßen elektroakustischen Wandlers; und
Figur 11 eine schematische Seitenschnittansicht einer zehnten Ausführungsform ei¬ nes elektroakustischen Wandlers gemäß der Erfindung. In den Figuren Ia und Ib ist ein elektroakustischer Wandler 10 gemäß einer ersten Ausfüh¬ rungsform der Erfindung dargestellt. Der elektroakustische Wandler 10 umfaßt ein erstes piezoelektrisches Element in Form einer zellularen piezoelektrischen Polymerfolie 12 und ein zweites piezoelektrisches Element in Form einer zellularen piezoelektrischen Polymer¬ folie 14. In alternativen Ausführungsformen können auch geschichtete Folien als piezo¬ elektrische Elemente verwendet werden. Die piezoelektrischen Folien 12, 14 sind mittels einer ersten Haltvorrichtung in Form einer Klemmvorrichtung 16 auf einer Platine 18 fi¬ xiert. Dabei ist die erste Folie 12 in einem ersten Haltebereich 20 und die zweite Folie 14 in einem ersten Haltebereich 22 fixiert. Die Platine 18 trägt die elektrische Schaltung des elektroakustischen Wandlers 10. Bei einem Auftreffen von Schallwellen auf die piezoelek¬ trischen Folien 12, 14 kommt es zu einer Veränderung der Geometrie der piezoelektrischen Folien 12, 14, insbesondere zu einer Veränderung der Dicke der piezoelektrischen Folien 12, 14 in einem jeweiligen ersten Entkopplungsbereich 24, 26. Aufgrund des piezoelektri¬ schen Effektes kommt es dadurch zur Erzeugung einer Potentialdifferenz bzw. elektrischen Spannung zwischen der der Platine 18 zugewandten Oberfläche der Folie 12 und der der Platine 18 abgewandten Seite der Folie 12. In analoger Weise kommt es aufgrund des pie¬ zoelektrischen Effektes zur Erzeugung einer Potentialdifferenz zwischen der der Platine 18 zugewandten Oberfläche der Folie 14 und der der Platine abgewandten Seite der Folie 14. Sowohl die der Platine 18 zugewandte Oberflächen der piezoelektrischen Folien 12 und 14 als auch die der Platine 18 abgewandte Oberflächen der piezoelektrischen Folien 12 und 14 sind metallisiert. Die der Platine 18 abgewandte Oberfläche der Folie 12 ist über eine nichtdargestellte Kontaktierung mit der auf der Platine 18 befindlichen Schaltung verbun¬ den. Darüber hinaus ist die der Platine 18 zugewandte Oberfläche der Folie 14 ebenfalls über eine nichtdargestellte elektrische Verbindung, die insbesondere von der Klemmvor¬ richtung 16 umfaßt sein kann, mit der auf der Platine befindlichen Schaltung des elektro¬ akustischen Wandlers 10 verbunden. Die Klemmvorrichtung 16 ist elektrisch nicht leitend, so daß die Folien 12, 14, um die der Schaltplatine 18 befindlichen Schaltung zugeführte Spannung zu erhöhen, elektrisch in Reihe geschaltet sind. Der elektroakustische Wandler 10 zeichnet sich gerade dadurch aus, daß die beiden piezoelektrischen Folien 12, 14 in je¬ weiligen Entkopplungsbereichen 24, 26 an beiden Oberflächen mit Schallwellen beauf¬ schlagt werden. Insbesondere können die piezoelektrischen Folien 12, 14 unabhängig von- einander, insbesondere in ihrer Dickenrichtung schwingen, so daß der elektroakustische Wandler 10 aufgrund der geringen Massen der piezoelektrischen Folien 12 und 14 und der damit verbundenen relativ hohen Resonanzfrequenz der einzelnen piezoelektrischen Folien 12 und 14 einen großen Frequenzbereich mit einer gleichmäßigen Empfindlichkeit auf¬ weist. Aufgrund der elektrischen Verbindung der der piezoelektrischen Folie 12 zuge¬ wandten Oberfläche der piezoelektrischen Folie 14 mittels der Haltevorrichtung 16 sind die Folien 12 und 14 elektrisch in Reihe geschaltet, so daß sich die auf den Oberflächen der Folien 12, 14 erzeugten Potentialdifferenzen addieren und somit eine im Vergleich zur Verwendung einer einzelnen piezoelektrischen Folie erhöhte Ausgangsspannung der elek¬ trischen Schaltung des elektroakustischen Wandlers zugeführt werden kann. Damit weist der elektroakustische Wandler 10 eine hohe Empfindlichkeit über einen großen Frequenz¬ bereich auf.
In Figur 2a ist eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektroakustischen Wandlers in Form eines Mikrophons 50 dargestellt. Das Mikrophon 50 umfaßt eine Grundplatte 52, die insbesondere als Platine, die einen elektrischen Schaltkreis, wie eine Verstärkerschaltung aufweist, ausgebildet ist. Das Mikrophon 50 umfaßt ferner eine Klemmvorrichtung 54, die als erste und zweite Haltevorrichtung für piezoelektrische Ele¬ mente in Form von zellularen piezoelektrischen Polymerfolien 56, 58, 60, 62 dient. Auch in dieser Ausführungsform können alternativ zu zellularen Polymerfolien geschichtete Fo¬ lien eingesetzt werden. Dabei kann sich die Klemmvorrichtung 54 über die gesamte Sei¬ tenlänge der Folien 56, 58, 60, 62 erstrecken oder, ähnlich wie bei dem in Fig. Ib darge¬ stellten elektroakustischen Wandler 10, nur einen Teil des Seitenrandes der Folien 56, 58, 60, 62 fixieren.
In Figur 2b ist eine Detailansicht des Ausschnitts I des Mikrophons 50 der Figur 2a darge¬ stellt. Wie Figur 2b zu entnehmen ist, weist die Klemmvorrichtung 54 Klemmelemente 54a und 54b auf. Wie Figur 2b weiterhin zu entnehmen ist, weisen die piezoelektrischen Folien 56, 58, 60, 62 jeweils einen ersten Haltebereich 56a, 58a, 60a, 62a, und einen ersten Ent¬ kopplungsbereich 56b, 58b, 60b und 62b auf. Die piezoelektrischen Folien 56, 58, 60, 62 sind auf ihrer Unter- und Oberseite jeweils metallisiert. Das Klemmelement 54b kontak- tiert elektrisch leitend die dem Klemmelement 54b zugewandte Seite der Folie 56 im er¬ sten Haltebereich 56a der Folie 56. Die dem Klemmelement 54b abgewandte Oberfläche der Folie 56 steht in direktem Kontakt mit der dem Klemmelement 54b zugewandten Oberfläche der Folie 58 im ersten Haltebereich 58 a. Dadurch kommt es zu einer elektri¬ schen Reihenschaltung zwischen den Folien 56 und 58. Zwischen der Folie 58 und der Folie 60 ist ein elektrisch leitender Abstandshalter 64 angeordnet, auf dessen der Folie 58 abgewandten Seite der erste Haltebereich 60a der Folie 60 aufliegt. Auf den ersten Halte¬ bereich 60a der Folie 60 ist wiederum der erste Haltebereich 62a der Folie 62 aufgelegt. Aufgrund der Kontaktierung der Folien 56, 58, 60, 62 in den ersten Haltebereichen 56a, 58a, 60a und 62a unter Zwischenschaltung des Abstandshalters 64 kommt es zu einer elek¬ trischen Reihenschaltung der piezoelektrischen Folien 56, 58, 60, 62. Wie aus Figur 2b weiterhin ersichtlich ist, ist das Klemmelement 54a der Klemmvorrichtung 54 geerdet. Durch die Klemmvorrichtung 54 kommt es somit einerseits zu einer mechanischen Befe¬ stigung der Folien 56, 58, 60, 62 auf der Grundplatte 52. Dabei werden die Folien 56, 58, 60, 62 lose aufeinander gelegt und über die Klemmvorrichtung 54 in den ersten Haltebe¬ reichen 56a, 58a, 60a, 62a fixiert. Durch die Einklemmvorrichtung 54 wird andererseits aufgrund der Metallisierung der Oberflächen der Folien 56, 58, 60, 62 und der Verwen¬ dung des Abstandshalters 64 eine elektrische Reihenschaltung zwischen den Folien 56, 58, 60, 62 erzielt. Durch den Einsatz des Abstandshalters 64 wird ferner erreicht, daß die Foli¬ en 58 und 60, insbesondere außerhalb der Haltebereiche 58a, 60a, d.h. in den ersten Ent¬ kopplungsbereichen 58b, 60b voneinander beabstandet sind bzw. sich nur leicht in diesen Bereichen 58b, 60b berühren. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, daß die Figuren 2a und 2b nicht maßstabsgetreu die relative Lage der Folien 56, 58, 60, 62 darstellen, ins¬ besondere ist die Auffächerung der Folien 56, 58, 60, 62 stark übertrieben dargestellt, wo¬ bei in Realität die Folien 56, 58, 60, 62 relativ eng zusammen liegen. In Figur 2b ist dar¬ über hinaus gezeigt, daß auf der Oberseite der Folie 56 in dem ersten Entkopplungsbereich 56b ein Abstandshalter 66 angeordnet ist. Ein ähnlicher Abstandshalter 68 ist darüber hin¬ aus auf der Folie 60 in dem ersten Entkopplungsbereich 60b angeordnet. Durch die Ab¬ standshalter 66, 68 wird erreicht, daß die Folien 56, 58, in den Entkopplungsbereichen 56b, 58b, und die Folien 60 und 62 in den Entkopplungsbereichen 60b und 62b zumindest be¬ reichsweise voneinander beabstandet sind. Somit wird erreicht, daß die Folien 56, 58, 60, 62 sich außerhalb der Haltebereiche 56a, 58a, 60a und 62a nur leicht berühren und vonein¬ ander beabstandet sind, wodurch sich Luft zwischen den Folien 56, 58, 60, 62 in den Ent¬ kopplungsbereichen 56b, 58b, 60b, 62b befindet. In nicht dargestellten Ausführungsformen kann auch vorgesehen sein, daß zwischen jedem Folienpaar jeweils zumindest ein Ab¬ standshalter im Entkopplungsbereich bzw. Haltebereich vorhanden ist, ohne daß im jewei¬ ligen Haltebereich bzw. Entkopplungsbereich entsprechende Abstandshalter vorgesehen ist. Trifft nun eine Schallwelle auf das Mikrophon 50, so ist jede Folie 56, 58, 60, 62 zu¬ mindest im Entkopplungsbereich 56b, 58b, 60b, 62b den Schalldruckänderungen ausge¬ setzt. Aufgrund der Schalldruckänderungen kommt es zu einer Veränderung der Geometrie der Folien 56, 58, 60, 62 insbesondere in den Entkopplungsbereichen 56b, 58b, 60b, 62b. Diese Geometrieänderung besteht insbesondere in einer Änderung der Foliendicke D, so daß aufgrund einer hohen Piezokonstante d33 der Folien 56, 58, 60, 62 Ladungen an den jeweiligen Oberflächen der Folien 56, 58, 60, 62 erzeugt werden. Aufgrund der elektri¬ schen Reihenschaltung der Folien 56, 58, 60, 62 kommt es zu einer Addition der durch die Folien 56, 58, 60, 62 erzeugten Spannungen. Somit kommt es zu einer hohen Empfindlich¬ keit des Mikrophons 50, bis hin zu hohen Frequenzen. So wird aufgrund der fehlenden mechanischen Kopplung der Folien 56, 58, 60, 62 zumindest in den Entkopplungsberei¬ chen 56b, 58b, 60b, 62b die Resonanzfrequenz der piezoelektrischen Elemente des Mikro¬ phons 50 im Vergleich zur Verwendung einer einzelnen Folie kaum verändert. Somit ist die Empfindlichkeit des Vier-Folien-Mikrophons 50 im Vergleich zu einem Mikrophon, das nur eine einzelne Folie verwendet, deutlich erhöht, nämlich ungefähr viermal so hoch, ohne daß der nutzbare Frequenzbereich des Mikrophons 50 im Vergleich zu einem Einfoli¬ enmikrophon verringert ist. Bei den Abstandshaltern 66, 68 handelt es sich insbesondere um eine Lackschicht, die vor einem Aufeinanderlegen der Folien 56, 58, 60, 62 auf die Folie 56 bzw. 60 aufgebracht wird. Durch das Aufbringen des Lackes läßt sich die Dicke desselben und damit die Höhe des Abstandshalters 66 bzw. 68 und damit der Abstand der Folien untereinander gut einstellen. Anstelle der Lackschicht kann auch eine Kunststoffbe- schichtung oder eine Adhäsionsmittelschicht, die eingetrocknet wird bevor die Folien auf¬ einander gelegt werden, aufgebracht werden. In einer weiteren, nicht dargestellten Ausfuhrungsform kann vorgesehen sein, daß die Foli¬ en vor einem Aufeinanderlegen der Folien bereichsweise in einen Lack eingetaucht wer¬ den, wodurch sich eine im wesentlichen durchgängige Schicht bildet, die insbesondere den Bruchteil eines Millimeters dick ist und somit die mechanischen Eigenschaften der Folien nicht beeinflußt. Der so aufgebrachte Lack weist eine gewisse, gut einstellbare Dicke auf und führt zu einer Beabstandung der Folien untereinander, so daß Luft und damit Schall¬ wellen zwischen die Folien treten können. Um die gewünschten vorteilhaften Effekte zu erzielen, sind die ersten Haltebereiche 56a, 58a, 60a, 62a im Verhältnis zu den ersten Ent¬ kopplungsbereichen 56b, 58b, 60b, 62b möglichst klein.
In Figur 3 ist eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektroakustischen Wandlers in Form eines Mikrophons 100 dargestellt. Der Aufbau des Mikrophons 100 ähnelt demjenigen des Mikrophons 50. Das Mikrophon 100 weist eine Grundplatte 102 auf, auf der eine Klemmvorrichtung 104 angeordnet ist. Über die Klemmvorrichtung 104 sind piezoelektrische Elemente in Form der piezoelektrischen, insbesondere zellularen oder geschichteten Folien 106, 108, 110 und 112 derart lokal fixiert, daß eine elektrische Rei¬ henschaltung zwischen den piezoelektrischen Folien 106, 108, 110 und 112 erzielt wird und gleichzeitig durch Verwendung von Abstandshaltern, ähnlich zu denjenigen wie sie in dem Mikrophon 50 eingesetzt werden, eine Auffächerung der Folien 106, 108, 110 und 112 erzielt wird, so daß Luft und somit Schallwellen zwischen die einzelnen Folien 106, 108, 110 und 112 treten kann. Dabei kann eine Fixierung der Folien mittels der Haltvor¬ richtung 104 über die gesamte Tiefe der Folien oder nur in Teilbereichen erfolgen. Im Ge¬ gensatz zu dem in den Figuren 2a und 2b dargestellten Folienmikrophon 50 weisen die Folien 106, 108, 110, 112 des Mikrophons 100 neben ersten Haltebereichen im Bereich der Klemmvorrichtung 104 und ersten Entkopplungsbereichen 106b, 108b, HOb, 112b zweite Entkopplungsbereiche 106c, 108c, 110c und 112c auf. Durch diesen Aufbau wird die pie¬ zoelektrisch aktive Fläche der Folien 106, 108, 110, 112 im Vergleich zu den Folien 56, 58, 60, 62 des Mikrophons 50 erhöht, wodurch die Empfindlichkeit des Mikrophons 100 im Vergleich zum Mikrophon 50 weiter erhöht wird, ohne daß es zu Fehlfunktionen des Mikrophons 100 aufgrund von insbesondere durch Erschütterungen von außen angeregte Biegeschwingungen der Folien 106, 108, 110, 112 in den Entkopplungsbereichen 106b, 106c, 108b, 108c, HOb, HOc, 112b, 112c kommen kann.
In Figur 4 ist eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektroakustischen Wandlers in Form eines Mikrophons 150 dargestellt. Das Mikrophon 150 weist eine Grundplatte 152 auf, die insbesondere zumindest teilweise die elektrische Schaltung des Mikrophons 150 trägt, wobei sich auf der Grundplatte 152 auch kein elektrisches Bauteil befinden kann. Über eine Haltevorrichtung 154 sind Folien, insbesondere zellulare oder geschichtete piezoelektrische Folien, 156, 158, 160, 162 mechanisch an der Grundplatte 152 befestigt und die beidseitig metallisierten Folien 156, 158, 160, 162 werden über die Klemmvorrichtung 154 elektrisch in Reihe geschaltet. Die Folien 156, 158, 160, 162 sind insbesondere durch die zuvor beschriebenen Abstandshalter aufgefächert, so daß sie von¬ einander beabstandet sind und Luft und damit Schallwellen in die Zwischenräume zwi¬ schen den Folien 156, 158, 160, 162 treten kann. Bei dem Mikrophon 150 ist insbesondere vorgesehen, daß Schallwellen aus einer Richtung von oben in Figur 4 auf das Mikrophon 150 auftreten. Beim Auftreffen der Schallwellen auf die einzelnen Folien 156, 158, 160, 162 kommt es zu einer Veränderung der Dicke der Folien 156, 158, 160, 162, wodurch aufgrund des piezoelektrischen Effektes in die d33-Richtung der Folien 156, 158, 160, 162 eine Wechselspannung an jeder Folie 156, 158, 160, 162 erzeugt wird, die sich aufgrund der Reihenschaltung der Folien 156, 158, 160, 162 addieren, wobei die Wechselspannung über Klemmelemente 154a und 154b der Klemmvorrichtung 154 abgegriffen werden kann. Um eine elektrische Abschirmung der piezoelektrischen Folien 156, 158, 160, 162 zu er¬ reichen, umfaßt das Mikrophon 150 eine Abschirmeinrichtung 164 in Form eines luft- und schalldurchlässigen Metallgitters, wobei das Gitter, wie aus der Figur ersichtlich, geerdet ist.
In einer weiteren, in Fig. 5 im Ausschnitt dargestellten fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektroakustischen Wandlers 200 ist vorgesehen, daß die piezoelektri¬ schen Elemente in Form von beidseitig metallisierten, zellularen piezoelektrischen Poly¬ merfolien 202, 204, 206, 208, lose aufeinander gelegt und jeweils in einem Haltebereich 202a, 204a, 206a, 208a mittels einer Haltevorrichtung 210 fixiert und gleichzeitig elek- trisch kontaktiert werden, so daß die piezoelektrischen Folien 202, 204, 206, 208 in Reihe geschaltet sind. Auch können anstelle piezoelektrischer zellularer Folien geschichtete Foli¬ en verwendet werden. Überraschenderweise wurde festgestellt, daß auch mit einem derar¬ tig aufgebauten elektroakustischen Wandler 200 ohne zusätzliche Maßnahmen zur Herstel¬ lung eines Abstands zwischen den einzelnen piezoelektrischen Folien 202, 204, 206, 208 die erfindungsgemäßen Vorteile erzielt werden können, solange die piezoelektrischen Foli¬ en 202, 204, 206, 208 in einem Entkopplungsbereich 202b, 204b, 206b, 208b mechanisch voneinander entkoppelt sind. Dies ist dadurch zu erklären, daß die Folien 202, 204, 206, 208 eine raue Oberfläche aufweisen, so daß sich Luft zwischen den jeweiligen Folien 202, 204, 206, 208 befindet, bzw. Schallwellen zwischen die jeweiligen Folien 202, 204, 206, 208 treten kann und unabhängige Schwingungen jeder Folie 202, 204, 206, 208, insbeson¬ dere Dickenschwingungen, in den Entkopplungsbereichen 202b, 204b, 206b, 208b erfol¬ gen können. Die Beabstandung der Folien 202, 204, 206, 208 wird insbesondere dadurch erreicht, daß diese sich gegenseitig nur punktuell an den durch die Oberflächenrauigkeit hervorgerufenen Erhöhungen berühren und so einen Abstand in den restlichen Bereichen aufweisen. Insbesondere die Verwendung von zellularen piezoelektrischen Polymerfolien ermöglicht diesen einfachen Aufbau, da derartige Folien aufgrund ihres Herstellungsver¬ fahrens, insbesondere durch die während der Herstellung erfolgende bidirektionale Expan¬ sion der Folien durch Drücke im Bereich von 20 bar, eine relativ große Rauigkeit aufwei¬ sen. Dieser Effekt der Beabstandung zwischen den Folien 202, 204, 206, 208 kann in einer nicht dargestellten Ausführungsform noch durch die mittels der Haltevorrichtung 210 her¬ vorgerufenen Klemmkräfte derartig verstärkt werden, daß die Einspannung die Folien in dem jeweiligen Haltebereich zusammendrückt und dadurch eine leichte Auffächerung im jeweiligen Entkopplungsbereich der Folien entsteht. Diese Ausführungsformen der Erfin¬ dung bieten den Vorteil, daß sie konstruktiv wesentlich einfacher sind und einen geringe¬ ren Arbeitsaufwand beim Aufbau erfordern.
Eine Beabstandung zwischen den einzelnen piezoelektrischen Elementen kann auch durch eine geeignete Gestaltung der Form der piezoelektrischen Elemente, insbesondere durch Ausbildung zumindest eines Abstandselementes erreicht werden. So ist in Fig. 6a ein pie¬ zoelektrisches Element in Form eines zellularen piezoelektrischen Polymerfolienstreifens 250 in Aufsicht dargestellt. Alternativ kann der Folienstreifen auch aus geschichteten Foli¬ en bestehen. In Fig. 5b ist der Folienstreifen 250 in Seitenansicht aus Richtung B in Fig. 6a dargestellt. Wie aus den Figuren 6a und 6b ersichtlich, weist der Folienstreifen 250 ein Abstandselement in Form eines Knicks 252 auf. Dieser Knick 252 verläuft senkrecht zu einer Längsachse x des Folienstreifens 250. Durch den Längsknick 252 wird, wie aus den Figuren 6c und 6d ersichtlich, erreicht, daß bei einem Einbau mehrerer Folien, die eine dem Folienstreifen 250 analoge Form aufweisen, in einem elektroakustischen Wandler eine Beabstandung zwischen einzelnen piezoelektrischen Folien 254, 256 bzw. 262, 264, 266 und 268 erreicht werden kann. Wie aus Fig. 6c ersichtlich, sind zwei piezoelektrische Folien 254, 256 mittels einer Haltevorrichtung 258 fixiert. Die Folie 254 weist eine Fal¬ tung bzw. einen Knick 255 und die Folie 256 weist eine Faltung bzw. einen Knick 257 auf. Durch diese Knicke 255, 257 wird erreicht, daß die piezoelektrischen Folien 254, 256 in jeweiligen Entkopplungsbereichen 254a bzw. 256a so voneinander beabstandet sind, daß Schallwellen zwischen die Folien 254, 256 treten können und so die beiden Folien 254, 256 bei Anregung durch Schallwellen unabhängig voneinander, insbesondere in ihrer Dik- kenrichtung schwingen können. In ähnlicher Weise sind in dem in Fig. 6d dargestellten elektroakustischen Wandler mittels einer Haltevorrichtung 260 piezoelektrische Folien 262, 264, 266 und 268, die jeweils Knicke 263, 265, 267 und 269 aufweisen, fixiert. Wie aus der Fig. 6d ersichtlich, wird durch die Ausbildung der Knicke 263, 265, 267, 269 er¬ reicht, daß die Folien 262, 264, 266, 268 jeweils zumindest bereichsweise derartig vonein¬ ander beabstandet sind, daß Schallwellen zwischen jeweils zwei der Folien treten können und so eine Schwingungsanregung der einzelnen Folien unabhängig von den jeweils ande¬ ren Folien zur Erzeugung einer elektrischen Spannung erzielt werden kann. Bei dem Zu¬ sammenbau der jeweiligen elektroakustischen Wandler ist jedoch darauf zu achten, daß die Folien so angeordnet werden müssen, daß die Folien, wenn die entsprechende Polarisation jeweils in die gleiche Richtung zeigt, abwechselnd nach unten bzw. nach oben geknickt werden müssen, d.h. die jeweiligen Knicke jeweils in entsprechend entgegengesetzten Richtungen zeigen müssen.
Eine derartige Beabstandung einzelner piezoelektrischer Elemente, insbesondere in Form von zellularen piezoelektrischen Polymerfolien oder geschichteten Folien kann auch durch ein Knicken bzw. Falten des entsprechenden piezoelektrischen Elementes entlang einer Längsrichtung des piezoelektrischen Elementes erfolgen. So ist in den Figuren 7a, 7b ein piezoelektrisches Element in Form eines zellularen piezoelektrischen Polymerfolienstrei¬ fens 300, der einen Knick 302 entlang einer Längsrichtung x' des Folienstreifens 300 auf¬ weist, dargestellt. In Fig. 7c ist eine Kombination zweier analog zum Folienstreifen 300 geknickter bzw. gefalteter Folien 304 und 308 dargestellt. Die Folie 304 weist einen Knick 306 auf, während die Folie 308 einen Knick 310 aufweist. Die Folien 304 und 308 werden in einer in Fig. 7c nicht dargestellten Haltevorrichtung fixiert. In Fig. 7c ist eine Schnittan¬ sicht der Folien 304, 308 in einem Entkopplungsbereich dargestellt. Wie der Fig. 7c zu entnehmen ist, wird durch den Längsknick 306 der Folie 304 und den Längsknick 310 der Folie 308 erreicht, daß die Folien 304, 308 in diesem Entkopplungsbereich 50 voneinander beabstandet sind, daß Schallwellen zwischen die Folien 304, 308 treten können und eine piezoelektrische Aktivität der Folien 304, 308 hervorgerufen werden kann.
Wie den Figuren 7d und 7e zu entnehmen ist, ist eine derartige Anordnung von piezoelek¬ trischen Folien bzw. Folienstreifen nicht auf zwei Folien beschränkt, sondern durch die Ausbildung eines Längsknicks entlang der jeweiligen Folien können Folienstapel aufge¬ baut werden, bei denen jeweils sichergestellt wird, daß eine Beabstandung zwischen je¬ weils zwei benachbarten Folien derart erreicht wird, daß Schallwellen zwischen die Folien treten können, um eine entsprechende Anregung des piezoelektrischen Effekts in den ein¬ zelnen Folien unabhängig voneinander zu erzielen. So ist in Figur 7d ein Folienstapel be¬ stehend aus vier piezoelektrischen Folien 312, 314, 316 und 318 dargestellt, während in Figur 7e ein Folienstapel bestehend aus sechs Folien 320, 322, 324, 326, 328 und 330 dar¬ gestellt ist.
In den Figuren 8a bis 9 sind Ausführungsformen entsprechender piezoelektrischer Elemen¬ te dargestellt, die es ermöglichen, daß eine große piezoelektrisch aktive Fläche bei Ver¬ wendung von, insbesondere zellularen, piezoelektrischen Polymerfolien oder geschichteten Folien und damit eine hohe Folienkapazität auf möglichst kleinem Raum angeordnet wird, um den notwendigen Bauraum eines elektroakustischen Wandlers zu reduzieren. In Fig. 8a ist ein erster Stapel piezoelektrischer Folien einer sechsten Ausführungsform eines elektro- akustischen Wandlers nach der Erfindung, umfassend drei Folienstreifen 400, 402, 404 dargestellt. Die Folie 400 ist eine Polymerfolie, die keine piezoelektrischen Eigenschaften aufweist und als Isolierung dient, während die Folien 402, 404 zellulare piezoelektrische Polymerfolien bzw. geschichtete Folien sind. Der Folienstapel, bestehend aus diesen drei Folienstreifen 400, 402, 404, wird an dem einen Ende in einer Haltevorrichtung 408 einge¬ spannt und die beidseitig metallisierten Folien 402, 404 werden auf diese Weise so kontak¬ tiert, daß sie elektrisch in Reihe geschaltet sind. Nach einer Befestigung des Folienstapels in der Haltevorrichtung 408 wird der Folienstreifenstapel um die Haltevorrichtung 408, die nach außen isoliert ist, gewickelt und das andere Ende wird ohne Aufbau einer entspre¬ chenden Klemmkraft, d.h. relativ lose, an einer Haltevorrichtung 412 befestigt. Durch die¬ se Umwicklung der Haltevorrichtung 408 entstehen Zwischenräume zwischen den Folien¬ streifen 400, 402, 404, in die Schallwellen eintreten und ein entsprechendes elektrisches Potential an den Folienstreifen 402, 404 aufgrund des piezoelektrischen Effektes dieser hervorrufen können. In Fig. 8b ist eine Seitenansicht des Folienstapels der Fig. 8a aus Richtung C dargestellt. Ein Schall- bzw. Lufteintritt bzw. -austritt in bzw. aus dem Folien¬ stapel der Fig. 8a erfolgt in Richtung der Pfeile 414, 416.
In Fig. 8c ist eine weitere Ausführungsform eines Folienstapels 450 einer siebten Ausfüh¬ rungsform eines erfindungsgemäßen elektroakustischen Wandlers dargestellt. Ähnlich dem in Fig. 8a dargestellten Folienstapel wird bei dem Folienstapel 450 der Fig. 8c der Stapel 450 nach einer Befestigung in einer Haltevorrichtung 452 um dieselbe herumgewickelt. Lu Gegensatz zu dem in Fig. 8 a dargestellten Folienstapel wird aber das dem der Haltevor¬ richtung 452 gegenüberliegende Ende des Folienstapels 450 in eine Haltevorrichtung 454 eingeklemmt. Wie aus Fig. 8d, die einen Ausschnitt des Folienstapels 450 der Fig. 8c ent¬ sprechend dem Ausschnitt II darstellt, ersichtlich ist, besteht der Folienstapel 450 aus ein¬ zelnen Folien 456, 458, 460 und 462. Während die Folien 456, 458, 460 piezoelektrische Folien sind, handelt es sich bei der Folie 462 um eine Isolierung aus einer Polymerfolie, die keine piezoelektrischen Eigenschaften aufweist. Die Folien 456, 458, 460 sind beidsei¬ tig metallisiert und über die Haltevorrichtung 452 bzw. 454 wird erreicht, daß die Folien 456, 458, 460 sich so kontaktieren, daß sie elektrisch in Reihe geschaltet sind. Wie aus Fig. 8d ersichtlich, bestehen zwischen den einzelnen Folien 456, 458, 460 und 462 Luftspalten, die dazu führen, daß Schallwellen zwischen die jeweiligen Folien treten können und eine entsprechende Schwingung der Folien 456, 458, 460, insbesondere in ihrer Dicke, hervor¬ rufen können, um mittels des piezoelektrischen Effekts entsprechende elektrische Signale zu erzeugen.
In Fig. 9 ist ein Folienstapel 450 gemäß einer achten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines elektroakustischen Wandlers, umfassend die piezoelektrischen Folien 502, 504 und 506, dargestellt. Der Folienstapel 500 wird über Klemmvorrichtungen 508, 510 so einge¬ spannt, daß die beidseitig metallisierten piezoelektrischen Folien 502, 504, 506 sich jeweils kontaktieren und elektrisch in Reihe geschaltet sind. Durch eine entsprechende Verschal- tung der Klemmvorrichtung 508, 510 kann auf die Verwendung einer Isolierfolie, wie sie bei den in den Figuren 7a bis 7d dargestellten Folienstapel notwendig ist, verzichtet wer¬ den. Wie der Fig. 9 zu entnehmen ist, sind die aufeinandergelegten Einzelfolien 502, 504, 506 zickzackförmig derartig gefaltet, daß sich entsprechende Freiräume zwischen den Fo¬ lien 502, 504, 506 bilden, in die Schallwellen eintreten können und eine jeweils unabhän¬ gige Schwingung der Folien 502, 504, 506 bewirken können. Dabei erfolgt ein Schall¬ bzw. Lufteintritt bzw. -austritt bei dem Folienstapel 500 in einer Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 9.
Bei den in den Figuren 8a bis 9 dargestellten Folienstapeln kann selbst bei einer sehr gro¬ ßen Anzahl von Einzelfolien in dem jeweiligen Stapel eine vergleichsweise große Kapazi¬ tät der in Reihe geschalteten Folien auf möglichst kleinem Raum sichergestellt werden. Eine große Kapazität des Folienstapels ist insbesondere aufgrund der Eingangskapazität eines Vorverstärkers, an dem der elektroakustische Wandler umfassend den entsprechen¬ den Folienstapel angeschlossen wird, wichtig. Die Anordnung einer großen Anzahl von Folien auf möglichst kleinem Raum ist insbesondere auch deshalb wichtig, weil vorteil¬ hafterweise die Abmessungen des elektroakustischen Wandlers klein gegenüber der zu detektierenden Schallwellenlänge sind. In Figur 10 ist eine neunte Ausführungsform eines elektroakustischen Wandlers in Form eines Mikrophons 1200 dargestellt. Das Mikrophon 1200 weist eine Grundplatte 1202 auf, auf der Klemmvorrichtungen 1204 und 1206 angeordnet sind. Mittels der Klemmvorrich¬ tungen 1204, 1206 werden piezoelektrische Elemente in Form der Folien 1208, 1210, 1212, 1214, 1216 gehalten. Dabei weisen die Folien 1208, 1210, 1212, 1214, 1216 erste Haltebereiche 1208a, 1210a, 1212a, 1214a und 1216a sowie zweite Haltebereiche 1208d, 121Od3 1212d, 1214d, 1216d auf. Darüber hinaus weisen die Folien 1208, 1210, 1212, 1214, 1216 zwischen den ersten Haltebereichen 1208a, 1210a, 1212a, 1214a, 1216a und den zweiten Haltebereichen 1208d, 121Od, 1212d, 1214d, 1216d erste Entkopplungsberei¬ che 1208b, 1210b, 1212b, 1214b, 1216b auf. Die Folien 1208, 1210, 1212, 1214, 1216 weisen unterschiedliche Längen auf, so daß es durch die Fixierung der Folien 1208, 1210, 1212, 1214, 1216 durch die Klemmvorrichtungen 1204, 1206 zu einer Beabstandung der Folien 1208, 1210, 1212, 1214, 1216 kommt, ohne daß die Verwendung von Abstandshal¬ tern notwendig ist.
Eine derartige Beabstandung kann darüber hinaus, wie in Figur 11 dargestellt ist, durch eine besondere geometrische Ausgestaltung der Haltevorrichtungen erzielt werden. So ist in Figur 11 ein erfindungsgemäßer elektroakustischer Wandler in Form eines Mikrophons 1250 dargestellt. Das Mikrophon 1250 weist eine Grundplatte 1252, die die elektrische Schaltung des Mikrophons 1250 trägt, auf. Ferner umfaßt das Mikrophon 1250 eine erste Haltevorrichtung 1254 und eine zweite Haltevorrichtung 1256. Zwischen den Haltevor¬ richtungen 1254, 1256 sind piezoelektrische Elemente in Form der Folien 1258, 1260, 1262, 1264, 1266, 1268, 1270 angeordnet. Im Gegensatz zu den Folien des Mikrophons 1200 weisen die Folien des Mikrophons 1250 jedoch im wesentlichen gleiche Längen auf. Wie Figur 11 jedoch zu entnehmen ist, sind die Haltevorrichtungen 1254, 1256 bereichs¬ weise V-förmig ausgebildet, so daß die Punkte, an denen die Folie 1258 an den Haltevor¬ richtungen 1254, 1256 befestigt sind, einen geringeren Abstand voneinander aufweisen als die Befestigungspunkte beispielsweise der Folie 1264 an den Haltevorrichtungen 1254, 1256. Auf diese Weise wird ebenfalls eine Beabstandung der Folien 1258, 1260, 1262, 1264, 1266, 1268, 1270 in den jeweiligen Entkopplungsbereichen erreicht, wodurch eben- falls Luft und somit Schallwellen zwischen die Folien 1258, 1260, 1262, 1264, 1266, 1268, 1270 treten kann.
Obwohl in den Ausführungsbeispielen elektroakustische Wandler beschrieben wurden, deren piezoelektrische Elemente zellulare piezoelektrische Polymerfolien oder geschichte¬ te Folien aufweisen, ist die Erfindung nicht auf die Verwendung auf Folien oder die Ver¬ wendung dieser Materialien beschränkt. Insbesondere können auch andere, insbesondere zellulare oder poröse Materialen, wie beispielsweise Teflon oder dergleichen, als piezo¬ elektrisches Material oder andere Geometrien der piezoelektrischen Elemente eingesetzt werden.
Somit wird mit der Erfindung ein elektroakustischer Wandler, insbesondere in Form eines Mikrophons, geliefert, dessen Frequenzbereich bei einer hohen Empfindlichkeit weit über den üblichen Bereich von 20 kHz erweitert werden kann, falls dies gewünscht ist, und kon¬ struktiv einfach sowie kostengünstig herzustellen ist. Insbesondere erfüllt das Mikrophon somit Anforderungen, um auch DVDs im Audiobereich einzusetzen, insbesondere um die hohen Speicherkapazitäten dieses Mediums dafür auszunutzen, daß auch Frequenzbereiche außerhalb des hörbaren Bereiches, insbesondere im Ultraschallbereich, aufgezeichnet wer¬ den können.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen of¬ fenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in den verschiedenen Ausführungs¬ formen wesentlich sein.
Technische Universität Darmstadt
Bezugszeichenliste
Elektroakustischer Wandler piezoelektrische Folie piezoelektrische Folie
Klemmvorrichtung
Platine , 22 Haltebereich , 26 Entkopplungsbereich
Mikrophon
Grundplatte
Klemmvorrichtung a, 54b Klemmelement , 58, 60, 62 piezoelektrische Folie a, 58a, 60a, 62a erster Haltebereich b, 58b, 60b, 62b erster Entkopplungsbereich
Abstandshalter
Abstandshalter
Abstandshalter 0 Mikrophon 2 Grundplatte 4 Klemmvorrichtung 6, 108, 110, 112 piezoelektrische Folie 6b, 108b, HOb, 112b erster Entkopplungsbereich 6c, 108c, HOc, 112c zweiter Entkopplungsbereich 0 Mikrophon 2 Grundplatte 4 Klemmvorrichtung 4a, 154b Klemmelement 156, 158, 160, 162 piezoelektrische Folie
164 Abschirmung
200 elektroakustischer Wandler
202, 204, 206, 208 piezoelektrische Folie
202a, 204a, 206a, 208a Haltebereich
210 Haltevorrichtung
202b, 204b, 206b, 208b Entkopplungsbereich
250 piezoelektrischer Folienstreifen
252 Knick
254, 256 piezoelektrische Folie
255, 257 Knick
258 Haltevorrichtung
254a, 256a Entkopplungsbereich
260 Haltevorrichtung
262, 264, 266, 268 piezoelektrische Folie
263, 265, 267, 269 Knick
300 piezoelektrischer Folienstreifen
302 Knick
304, 308 piezoelektrische Folie
306, 310 Knick
312, 314, 316, 318, 320,
322 324, 326, 330 piezoelektrische Folie
400 Isolationsfolienstreifen
402 piezoelektrischer Folienstreifen
404 piezoelektrischer Folienstreifen
406 Ende
408 Haltevorrichtung
410 Ende
412 Haltevorrichtung
414 Pfeil
416 Pfeil 450 Folienstapel
452, 454 Klemmvorrichtung
456, 458, 460 piezoelektrische Folie
462 Isolationsfolie
500 Folienstapel
502 piezoelektrische Folie
504 piezoelektrische Folie
506 piezoelektrische Folie
508 Klemmvorrichtung
510 Klemmvorrichtung
1200 Mikrophon
1202 Grundplatte
1204, 1206 Klemmvorrichtung
1208, 1210, 1212,
1214, 1216 piezoelektrische Folie
1208a, 1210a, 1212a,
1214a, 1216a erster Haltebereich
1208b, 1210b, 1212b,
1214b, 1216b Entkopplungsbereich
1208d, 121Od, 1212d,
1214d, 1216d zweiter Haltebereich
1250 Mikrophon
1252 Grundplatte
1254, 1256 Haltevorrichtung
1258, 1260, 1262, 1264,
1266, 1268, 1270 piezoelektrische Folie
1258b, 1260b, 1262b,
1264b, 1266b, 1268b, 1270b Entkopplungsbereich
I, II Ausschnitt
X, X' Längsachse

Claims

Ansprüche
1. Elektroakustischer Wandler (10, 50, 100, 150, 200, 1200, 1250), umfassend zumindest ein erstes piezoelektrisches Element (12, 56, 106, 156, 202, 254, 262, 304, 312, 320, 402, 456, 502, 1208, 1258) und zumindest ein elektrisch mit dem er¬ sten piezoelektrischen Element (12, 56, 106, 156, 202, 254, 262, 304, 312, 320, 402, 456, 502, 1208, 1258) in Reihe geschaltetes, zweites piezoelektrisches Ele¬ ment (14, 58, 108, 158, 204, 256, 264, 308, 314, 322, 404, 458, 504, 1210, 1260), wobei die Geometrie des ersten (12, 56, 106, 156, 202, 254, 262, 304, 312, 320, 402, 456, 502, 1208, 1258) und des zweiten (14, 58, 108, 158, 204, 256, 264, 308, 314, 322, 404, 458, 504, 1210, 1260) piezoelektrischen Elementes zur Erzeugung elektrischer Signale mittels einer zumindest bereichsweisen Beaufschlagung mit Schallwellen veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das erste (12, 56, 106, 156, 202, 254, 262, 304, 312, 320, 402, 456, 502, 1208, 1258) und das zweite piezoelektrische Element (14, 58, 108, 158, 204, 256, 264, 308, 314, 322, 404, 458, 504, 1210, 1260) jeweils zumindest einen ersten Entkopp¬ lungsbereich (24, 26, 56b, 58b, 106b, 108b, 202b, 204b, 254a, 256a, 1208b, 1210b, 1258b, 1260b) aufweisen und das erste piezoelektrische Element (12, 56, 106, 156, 202, 254, 262, 304, 312, 320, 402, 456, 502, 1208, 1258) zumindest in dem ersten Entkopplungsbereich (24, 56b, 106b, 202b, 254a, 1208b, 1258b) zumindest be¬ reichsweise derart mechanisch von zumindest dem ersten Entkopplungsbereich (26, 58b, 108b, 204b, 256a, 1210b, 1260b) des zweiten piezoelektrischen Elementes (14, 58, 108, 158, 204, 256, 264, 308, 314, 322, 404, 458, 504, 1210, 1260) ent¬ koppelt ist, daß die piezoelektrischen Elemente einzeln unabhängig voneinander schwingen können oder die Geometrie des ersten piezoelektrischen Elements und die Geometrie des zweiten piezoelektrischen Elements im wesentlichen unabhängig voneinander veränderbar sind und sowohl das erste (12, 56, 106, 156, 202, 254, 262, 304, 312, 320, 402, 456, 502, 1208, 1258) als auch das zweite (14, 58, 108, 158, 204, 256, 264, 308, 314, 322, 404, 458, 504, 1210, 1260) piezoelektrische Element jeweils zumindest in dem ersten Entkopplungsbereich (24, 26, 56b, 58b, 106b5 108b, 202b, 204b, 254a, 256a, 1208b, 1210b, 1258b, 1260b) zumindest be¬ reichsweise unmittelbar mit Schallwellen beaufschlagbar sind.
2. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste (12, 56, 106, 156, 202, 254, 262, 304, 312, 320, 402, 456, 502, 1208, 1258) und/oder das zweite piezoelektrische Element (14, 58, 108, 158, 204, 256, 264, 308, 314, 322, 404, 458, 504, 1210, 1260) zumindest bereichsweise folienfόr- mig ausgebildet ist bzw. sind, und/oder die Veränderung der Geometrie des ersten (12, 56, 106, 156, 202, 254, 262, 304, 312, 320, 402, 456, 502, 1208, 1258) und/oder zweiten (14, 58, 108, 158, 204, 256, 264, 308, 314, 322, 404, 458, 504, 1210, 1260) piezoelektrischen Elementes bei einer Beaufschlagung mit Schallwel¬ len im wesentlichen in einer Dickenänderung des ersten (12, 56, 106, 156, 202, 254, 262, 304, 312, 320, 402, 456, 502, 1208, 1258) und/oder zweiten (14, 58, 108, 158, 204, 256, 264, 308, 314, 322, 404, 458, 504, 1210, 1260) piezoelektrischen Elementes besteht.
3. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Folie im Bereich von 0,5 μm bis 500μm, vorzugsweise im Bereich von 20 μm bis 150μm, noch bevorzugter im Bereich von 30 bis 80 μm liegt.
4. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite und/oder die Länge des ersten und/oder des zweiten piezoelektrischen Elementes im Bereich von 0,5mm bis 500mm, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 20mm, noch bevorzugter im Bereich von 3 bis 10 mm liegt.
5. Elektroakustischer Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste piezoelektrische Element (12, 56, 106, 156, 202, 254, 262, 304, 312, 320, 402, 456, 502, 1208, 1258) zumindest in dem ersten Entkopplungsbereich (24, 56b, 106b, 202b, 254a, 1208b, 1258b) zumindest bereichsweise von dem zweiten piezo¬ elektrischen Element (14, 58, 108, 158, 204, 256, 264, 308, 314, 322, 404, 458, 504, 1210, 1260) insbesondere dem ersten Entkopplungsbereich (26, 58b, 108b, 204b, 256a, 1210b, 1260b) des zweiten piezoelektrischen Elementes (14, 58, 108, 158, 204, 256, 264, 308, 314, 322, 404, 458, 504, 1210, 1260), beabstandet ist, wo¬ bei vorzugsweise jeweils das erste (12, 56, 106, 156, 202, 254, 262, 304, 312, 320, 402, 456, 502, 1208, 1258) und/oder das zweite (14, 58, 108, 158, 204, 256, 264, 308, 314, 322, 404, 458, 504, 1210, 1260) piezoelektrische Element, insbesondere im jeweiligen ersten Entkopplungsbereich (24, 26, 56b, 58b, 106b, 108b, 202b, 204b, 254a, 256a, 1208b, 1210b, 1258b, 1260b) im wesentlichen allseitig mit Schallwellen beaufschlagbar ist bzw. sind.
6. Elektroakustischer Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste (12, 56, 106, 156, 202, 254, 262, 304, 312, 320, 402, 456, 502, 1208, 1258) und das zweite (14, 58, 108, 158, 204, 256, 264, 308, 314, 322, 404, 458, 504, 1210, 1260) piezoelektrische Element jeweils zumindest einen ersten Haltebe¬ reich (20, 22, 56a, 58a, 202a, 204a, 1208a, 1210a) aufweisen, wobei das erste pie¬ zoelektrische Element (12, 56, 106, 156, 202, 254, 262, 304, 312, 320, 402, 456, 502, 1208, 1258) mittels zumindest einer ersten Haltevorrichtung (16, 54, 104, 154, 210, 258, 260, 408, 452, 508, 1204, 1254) zumindest bereichsweise in dem ersten Haltebereich desselben (20, 56a, 202a, 1208a) fixierbar ist und das zweite piezo¬ elektrische Element (14, 58, 108, 158, 204, 256, 264, 308, 314, 322, 404, 458, 504, 1210, 1260) mittels zumindest einer zweiten Haltevorrichtung (16, 54, 104, 154, 210, 258, 260, 408, 452, 508, 1204, 1254) zumindest bereichsweise in dem ersten Haltebereich (22, 58a, 204a, 1210a) desselben fϊxierbar ist.
7. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste (402, 456, 502, 1208, 1258) und/oder das zweite piezoelektrische Element (404, 458,504, 1210,1260) jeweils zumindest einen zweiten Haltebereich (1208d, 121Od) aufweist bzw. aufweisen, wobei das erste piezoelektrische Element (402, 456, 502, 1208, 1258) in dem zweiten Haltebereich (1208d) desselben mittels zu¬ mindest einer dritten Haltevorrichtung (412, 454, 510, 1206, 1256) fixierbar ist und/oder das zweite piezoelektrische Element (404, 458, 504, 1210, 1260) in dem zweiten Haltebereich (121Od) desselben mittels zumindest einer vierten Haltevor¬ richtung (412, 454, 510, 1206, 1256) fixierbar ist.
8. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und/oder das zweite piezoelektrische Element eine Vielzahl von zweiten Haltebereichen aufweist bzw. aufweisen und/oder eine Vielzahl von dritten und/oder vierten Haltevorrichtungen vorhanden ist.
9. Elektroakustischer Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste (106) und/oder das zweite piezoelektrische Element (108) jeweils zumin¬ dest einen zweiten Entkopplungsbereich (106c, 108c) aufweist bzw. aufweisen, wobei die Geometrie des ersten (106) und/oder des zweiten piezoelektrischen Ele¬ mentes (108) zumindest bereichsweise zumindest in dem zweiten Entkopplungsbe¬ reich desselben (106c, 108c) zur Erzeugung elektrischer Signale mittels einer Be¬ aufschlagung mit Schallwellen veränderbar ist, insbesondere eine Dickenänderung des vorzugsweise folienfö'rmigen ersten und/oder zweiten piezoelektrischen Ele¬ mentes erzeugbar ist, und vorzugsweise das erste (106) und/oder das zweite piezo¬ elektrische Element (108) zumindest in dem zweiten Entkopplungsbereich dessel¬ ben (106c, 108c) zumindest bereichsweise mechanisch von dem zweiten (108) bzw. dem ersten piezoelektrischen Element (106) entkoppelt ist.
10. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das erste (106) und das zweite piezoelektrische Element (108) so angeordnet sind, daß zumindest das erste (106) und/oder das zweite piezoelektrische Element (108) jeweils zumindest in dem zweiten Entkopplungsbereich desselben (106c, 108c) zumindest bereichsweise von dem zweiten (108) bzw. ersten (106) piezoelektri¬ schen Element beabstandet ist bzw. sind, vorzugsweise allseitig unmittelbar mit Schallwellen beaufschlagbar ist bzw. sind. 3
11. Elektroakustischer Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (24, 26, 28, 56b, 58b, 106b, 108b, 202b, 204b, 254a, 256a, 1208b, 1210b, 1258b, 1260b) und/oder der zweite (106c, 108c) Entkopplungsbereich des ersten (12, 56, 106, 156, 202, 254, 262, 304, 312, 320, 402, 456, 502, 1208, 1258) und/oder des zweiten (14, 58, 108, 158, 204, 256, 264, 308, 314, 322, 404, 458, 504, 1210, 1260) piezoelektrischen Elementes größer als der erste (20, 22, 56a, 58a, 202a, 204a, 1208a, 1210a) und/oder der zweite Haltebereich (1208d, 121Od) des er¬ sten (12, 56, 106, 208, 258) bzw. des zweiten piezoelektrischen Elementes (14, 58, 108, 158, 204, 256, 264, 308, 314, 322, 404, 458, 504, 1210, 1260) ist bzw. sind.
12. Elektroakustischer Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste (202) und/oder das zweite (204) piezoelektrische Element zumindest be¬ reichsweise, vorzugsweise zumindest in dem ersten und/oder (202a, 204a) zweiten Entkopplungsbereich desselben, eine derartige Oberflächenrauhigkeit aufweist bzw. aurweisen, daß eine Beabstandung zwischen dem ersten (202) und/oder zwei¬ ten (204) piezoelektrischen Element erreichbar ist.
13. Elektroakustischer Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des ersten (56, 106, 156) und/oder des zweiten piezoelektrischen Ele¬ ments (58, 108, 158) zumindest ein Abstandshalter (66) anordbar ist.
14. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein, vorzugsweise elektrisch isolierender, Abstandshalter (66) im Be¬ reich des ersten (56b) und/oder des zweiten Entkopplungsbereiches des ersten (56) und/oder des zweiten piezoelektrischen Elementes, vorzugsweise zwischen dem er¬ sten und dem zweiten piezoelektrischen Element, anordbar ist.
15. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein, vorzugsweise elektrisch leitfähiger, Abstandshalter (64) angrenzend an den ersten (58 a) und/oder den zweiten Haltebereich des ersten und/oder des zweiten piezoelektrischen Elementes (58), vorzugsweise zwischen dem ersten und dem zweiten piezoelektrischen Element, anordbar ist.
16. Elektroakustischer Wandler nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Abstandshalter (66) zumindest eine auf zumindest eine Oberfläche des ersten (56) und/oder des zweiten piezoelektrischen Elementes zumindest bereichsweise aufgebrachte Lackschicht, Kunststoffbeschichtung und/oder zumindest eine Schicht eines getrockneten Adhäsionsmittels umfaßt.
17. Elektroakustischer Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das erste (254, 262, 304, 312, 320) und/oder das zweite (256, 264, 308, 314, 322) piezoelektrische Element zumindest ein Abstandselement (255, 257, 263, 265, 306, 310), insbesondere im Bereich des ersten (254a, 256a) und/oder zweiten Entkopp¬ lungsbereichs, umfaßt.
18. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandselement zumindest eine Gestaltung der Form des ersten (254, 262, 304, 312, 322) und/oder des zweiten (256, 264, 308, 314, 322), insbesondere foli- enförmigen, piezoelektrischen Elementes, vorzugsweise in Form zumindest einer Erhebung, zumindest einer Vertiefung, zumindest einer Faltung und/oder zumin¬ dest eines Knicks (255, 257, 263, 265, 306, 310), umfaßt.
19. Elektroakustischer Wandler nach einem der Ansprüche 9 bis 18, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von zweiten Entkopplungsbereichen des ersten und/oder des zweiten piezoelektrischen Elementes.
20. Elektroakustischer Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Oberfläche, vorzugsweise zumindest zwei sich gegenüberliegende Oberflächen, des ersten (12, 56, 106, 156, 202, 254, 262, 304, 312, 320, 402, 456, 502, 1208, 1258) und/oder des zweiten piezoelektrischen Elementes (14, 58, 108, 158, 204, 256, 264, 308, 314, 322, 404, 458, 504, 1210, 1260) zumindest bereichs¬ weise, vorzugsweise vollständig, metallisiert ist bzw. sind.
21. Elektroakustischer Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (16, 54, 104, 154, 210, 258, 260, 408, 452, 508, 1204, 1254) und die zwei¬ te Haltevorrichtung (16, 54, 104, 154, 210, 258, 260, 408, 452, 508, 1204, 1254) die erste und die dritte, die zweite und die vierte und/oder die dritte (412, 454, 510, 1206, 1256) und die vierte Haltevorrichtung (412, 454, 510, 1206, 1256) in einem ausgeführt sind, insbesondere sich das erste (12, 56, 106, 156, 202, 254, 262, 304, 312, 320, 402, 456, 502, 1208, 1258) und/oder zweite piezoelektrische Element (14, 58, 108, 158, 204, 256, 264, 308, 314, 322, 404, 458, 504, 1210, 1260) mittels der Fixierung durch die erste (16, 54, 104, 154, 210, 258, 260, 408, 452, 508, 1204, 1254), zweite (16, 54, 104, 154, 210, 258, 260, 408, 452, 508, 1204, 1254), dritte (412, 454, 510, 1206, 1256) und/oder vierte (412, 454, 510, 1206, 1256) Haltevor¬ richtung zumindest bereichsweise, vorzugsweise in dem ersten (20, 22, 56a, 58a, 202a, 204a, 1208a, 1210a) und/oder zweiten (1208d, 121Od) Haltebereich, zur Er¬ reichung der elektrischen Reihenschaltung direkt oder indirekt kontaktieren.
22. Elektroakustischer Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektroakustische Wandler sensitiv für Schallwellen im hörbaren, im Infra¬ schall- und/oder im Ultraschallfrequenzbereich ist.
23. Elektroakustischer Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste (156) und/oder das zweite (158) piezoelektrische Element zumindest be¬ reichsweise von zumindest einer luft- und/oder schalldurchlässigen, geerdeten Ab¬ schirmung (164), die vorzugsweise zumindest bereichsweise ein Metallgitter um¬ faßt, umgeben ist.
24. Elektroakustischer Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche gekenn¬ zeichnet durch eine Vielzahl von zweiten elektrisch in Reihe geschalteten piezoelektrischen Ele¬ menten (58, 60, 62, 108, 110, 112, 158, 160, 162, 204, 206, 208, 264, 266, 268, 314, 316, 318, 322, 324, 326, 328, 330, 458, 460, 462, 504, 506, 1210, 1212, 1214, 1216, 1260, 1262, 1264, 1266, 1268, 1270), wobei zumindest zwei zweite piezo¬ elektrische Elemente (58, 60, 62, 108, 110, 112, 158, 160, 162, 204, 206, 208, 264, 266, 268, 314, 316, 318, 322, 324, 326, 328, 330, 458, 460, 462, 504, 506, 1210, 1212, 1214, 1216, 1260, 1262, 1264, 1266, 1268, 1270) zumindest in einem der er¬ sten (58b, 60b, 62b, 108b, HOb, 112b, 204b, 206b, 208b, 1212b, 1214b, 1216b) und/oder einem der zweiten Entkopplungsbereich (108c, HOc, 112c) mechanisch voneinander entkoppelt sind.
25. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten piezoelektrischen Elemente (58, 60, 62, 108, 110, 112, 158, 160, 162, 204, 206, 208, 264, 266, 268, 314, 316, 318, 322, 324, 326, 328, 330, 458, 460, 462, 504, 506, 1210, 1212, 1214, 1216, 1260, 1262, 1264, 1266, 1268, 1270) so angeordnet sind, daß zumindest eines der zweiten piezoelektrischen Elemente (58, 60, 62, 108, 110, 112, 158, 160, 162, 204, 206, 208, 264, 266, 268, 314, 316, 318, 322, 324, 326, 328, 330, 458, 460, 462, 504, 506, 1210, 1212, 1214, 1216, 1260, 1262, 1264, 1266, 1268, 1270) zumindest in einem der ersten (58b, 60b, 62b, 108b, 110b, 112b, 204b, 206b, 208b, 1210b, 1212b, 1214b, 1216b) und/oder einem der zweiten Entkopplungsbereiche (108c, 110c, 112c) zumindest bereichsweise von zumindest einem weiteren zweiten piezoelektrischen Element (58, 60, 62, 108, 110, 112, 158, 160, 162, 204, 206, 208, 264, 266, 268, 314, 316, 318, 322, 324, 326, 328, 330, 458, 460, 462, 504, 506, 1210, 1212, 1214, 1216, 1260, 1262, 1264, 1266, 1268, 1270) beabstandet ist, vorzugsweise allseitig unmittelbar mit Schall¬ wellen beaufschlagbar ist, wobei insbesondere jeweils zumindest ein Abstandshal¬ ter, insbesondere im Bereich des ersten und/oder zweiten Entkopplungsbereichs und/oder im Bereich des ersten und/oder zweiten Haltebereichs, im Bereich jedes zweiten piezoelektrischen Elementes anordbar ist .
26. Elektroakustischer Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (1208b) bzw. der zweite Entkopplungsbereich des ersten piezoelektrischen Elementes (1208) und der erste (1210b) bzw. zweite Entkopplungsbereich des bzw. der zweiten piezoelektrischen Elemente(s) (1210) zur Erzeugung einer Beabstan- dung des ersten (1208) und zweiten piezoelektrischen Elementes (1210) und/oder zumindest zweier zweiter piezoelektrischer Elemente, insbesondere im Bereich des ersten bzw. zweiten Entkopplungsbereiches des ersten und des/der zweiten piezo¬ elektrischen Elemente(s), unterschiedliche geometrische Abmessungen, insbeson¬ dere unterschiedlich Längen, aufweisen.
27. Elektroakustischer Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer zumindest bereichsweisen Beabstandung des ersten (1258) und des zweiten piezoelektrischen Elementes (1260) und/oder zumindest zweier zweiter piezoelektrischer Elemente der erste und/oder der zweite Haltebereich des ersten piezoelektrischen Elementes (1258) zumindest bereichsweise zum ersten und/oder zweiten Haltebereich des/der zweiten piezoelektrischen Elemente(s) (1260) und/oder der erste und/oder der zweite Haltebereich zweier zweiter piezo¬ elektrischer Elemente, insbesondere mittels der geometrischen Ausgestaltung der ersten, zweiten, dritten und/oder vierten Haltevorrichtung (1254, 1256) zueinander versetzt ist bzw. sind.
28. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, zweite, dritte und/oder vierte Haltevorrichtung (1254, 1256) zumindest bereichsweise V-, U- und/oder L-förmig ausgebildet ist bzw. sind.
29. Elektroakustischer Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste (12, 56, 106, 156, 202, 254, 262, 304, 312, 320, 402, 456, 502, 1208, 1258) und das bzw. die zweite(n)
Figure imgf000044_0001
Element(e) (58, 60, 62, 108, 110, 112, 158, 160, 162, 204, 206, 208, 264, 266, 268, 314, 316, 318, 322, 324, 326, 328, 330, 458, 460, 462, 504, 506, 1210, 1212, 1214, 1216, 1260, 1262, 1264, 1266, 1268, 1270) in Form zumindest eines Stapels, insbesondere eines Foliensta¬ pels (450, 500), angeordnet sind, und/oder das erste (12, 56, 106, 156, 202, 254, 262, 304, 312, 320, 402, 456, 502, 1208, 1258) und das bzw. die zweite(n) piezo¬ elektrische^) Element(e) (14, 58, 108, 158, 204, 256, 264, 308, 314, 322, 404, 458, 504, 1210, 1260) zumindest bereichsweise übereinander angeordnet sind.
30. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Stapel (450, 500), insbesondere zur Erzielung einer Beabstandung zwischen dem ersten piezoelektrischen Element (402, 456, 502) und dem zweiten (404, 458, 504) piezoelektrischen Element und/oder zwischen zumindest zwei zweiten piezo¬ elektrischen Elementen (458, 460, 462, 504, 506) spiralförmig, meanderförmig, zieharmonikaformig, kegelförmig, v-förmig, u-förmig und/oder halbkreisförmig ausgebildet ist.
31. Elektroakustischer Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste (12, 56, 106, 156, 202, 254, 262, 304, 312, 320, 402, 456, 502, 1208, 1258) und/oder das zweite (14, 58, 108, 158, 204, 256, 264, 308, 314, 322, 404, 458, 504, 1210, 1260) bzw. die zweiten ρiezoelektrische(n) Element(e) (58, 60, 62, 108, 110, 112, 158, 160, 162, 204, 206, 208, 264, 266, 268, 314, 316, 318, 322, ^
324, 326, 328, 330, 458, 460, 462, 504, 506, 1210, 1212, 1214, 1216, 1260, 1262, 1264, 1266, 1268, 1270) ein zelluläres und/oder poröses Material mit Elektretei- genschaften, insbesondere umfassend einen Polymerschaum, vorzugsweise basie¬ rend auf Polypropylen, ein Fluorpolymer, wie Polyvinylidenfluorid, und/oder ein Fluorethylen, wie Polytetrafluorethylen, vorzugsweise Polytetrafluorethylen-FEP, umfaßt bzw. umfassen und/oder in Form geschichteter, insbesondere folienförmiger Elemente, die zumindest bereichsweise unter Bildung piezoelektrisch wirkender Hohlräume miteinander verbunden sind, ausgebildet ist bzw. sind.
32. Verwendung eines elektroakustischen Wandlers (10, 50, 100, 150, 200, 1200, 1250) nach einem der vorangehenden Ansprüche als Audio-, Ultraschall- und/oder Infraschallmikrophon.
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