Die Erfindung betrifft einen Lautsprecher nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
Derartige Lautsprecher sind nach dem Stand der Technik allgemein bekannt.
Zur Erzeugung von Schwingungen einer Membran des Lautsprechers ist eine damit verbundene
Spule vorgesehen, welche mittels eines elektrischen Felds in Schwingungen versetzt
wird. Herkömmliche Lautsprecher erfordern einen relativ hohen Herstellungsaufwand.
Die WO 02/080359 A2 beschreibt ein akustisches Oberflächenwellenbauelement,
bei dem auf einem aus SiO2 hergestellten Substrat eine aus einem piezoelektrischen
Material hergestellte Schicht aufgebracht ist. Oberhalb und/oder unterhalb der Schicht
befindet sich ein Interdigitalwandler.
Aus der WO 94/27331 ist eine aus piezoelektrischen Schichten hergestellte
Anordnung bekannt, welche auf einer Aluminiumplatte aufgebracht ist. Die Aluminiumplatte
wird durch Schall in Schwingungen versetzt. Zur Absorption des Schalls können
mit dem piezoelektrischen Schichten entgegengesetzte Schwingungen erzeugt werden.
Die EP 1 250 827 B1
und die WO 03/098964 A2 beschreiben einen Lautsprecher, bei dem auf einer Lautsprecherplatte
mittels einer Stütze piezoelektrische Balken befestigt sind.
Nach dem Stand der Technik sind ferner piezoelektrische Lautsprecher
bekannt. Dabei handelt es sich um Lautsprecher zur Erzeugung hoher Frequenzen. Die
Schwingungen werden dabei durch einen piezoelektrischen Kristall oder eine piezoelektrische
Keramik erzeugt. Derartige Lautsprecher eignen sich lediglich als Komponenten in
einer Mehrwegelautsprecherbox. Auch deren Herstellung ist aufwändig.
Es besteht insbesondere im Bereich der Werbemittelindustrie ein Bedarf
an billig verfügbaren Lautsprechern oder Schallquellen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen möglichst einfach und kostengünstig
herstellbaren Lautsprecher bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche
2 bis 8.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Kombination einer
Membran mit einem piezoelektrischen elektrostriktiven Biegewandler kann auf überraschend
einfache und kostengünstige Weise ein Lautsprecher hergestellt werden. Der
piezoelektrische Biegewandler ist dabei vorzugsweise mit seiner Unter- und/oder
Oberseite vollflächig mit der Membran verklebt.
Die Membran kann eine Dicke im Bereich von 10 bis 1000 &mgr;m, vorzugsweise
50 bis 250 &mgr;m, aufweisen. Sie kann aus einer Vielzahl von Werkstoffen, insbesondere
Kunststoff, Papier, Pappe, Glas, Metall oder Holz, hergestellt sein. Beispielsweise
kann ein piezoelektrischer Biegewandler in geeigneter Kombination mit einem Plakat
versehen werden. Das Plakat kann damit nicht nur optisch eine Information übermitteln.
Es kann zusätzlich auch als Lautsprecher zur akustischen Übermittlung
von Informationen genutzt werden. In ähnlicher Weise können auch in Gebäuden
beispielsweise aus Glas hergestellte Bauelemente als Lautsprechermembran genutzt
werden. Auch ist es denkbar, Holzverkleidungen in Räumen als Lautsprechermembran
zu nutzen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Biegewandler mit der
Membran verklebt oder in die Membran einlaminiert. Die Membran kann aus mehreren
miteinander verklebten Schichten hergestellt sein. Dabei ist der piezoelektrische
Biegewandler vorteilhafterweise in eine der Schichten integriert. Es kann sich dabei
um eine Schicht handeln, welche beidseits mit weiteren Schichten versehen ist. In
diesem Fall ist der piezoelektrische Biegewandler also in die Membran integriert.
Die Membran ist ähnlich einer herkömmlichen Lautsprechermembran flexibel
ausgestaltet. Selbstverständlich ist es auch möglich, den piezoelektrischen
Biegewandler auf andere Weise an der Membran anzubringen. Die Verklebung mit der
Membran kann beispielsweise mit einem doppelseitigen Klebeband oder dgl. erfolgen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Biegewandler
eine aus piezokeramischen Platten, Filmen oder Fasern und dem ersten Kunststoff
oder einem zweiten Kunststoff hergestelltes Komposit ist. Ein geeigneter piezoelektrischer
Biegewandler ist beispielsweise in der DE
102 18 936 B4 beschrieben. Der Offenbarungsgehalt dieses Dokuments wird
hiermit einbezogen. Falls die Membran ebenfalls aus dem ersten Kunststoff hergestellt
ist, ergibt sich eine besonders innige Verbindung des Biegewandlers mit der Membran.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass mehrere Biegewandler
mittels auf oder in der Membran geführten Leiterbahnen miteinander elektrisch
verbunden sind. In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung weist die Membran
eine elektrisch leitfähige Schicht auf, welche eine gemeinsame
Elektrode zum Anschluss mehrerer Biegewandler bildet. Eine solche elektrisch leitfähige
Schicht kann eine Schicht eines aus mehreren Schichten aufgebauten Laminats sein,
welches die Membran bildet. Dabei kann die elektrisch leitfähige Schicht von
einer elektrisch isolierenden Schicht überlagert sein.
Auf der elektrisch isolierenden Schicht wiederum können eine
oder mehrere Elektroden zur Ansteuerung der Biegewandler vorgesehen sein.
Nachfolgend werden vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung anhand
der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf einen ersten Lautsprecher,
2 eine Draufsicht auf einen zweiten Lautsprecher und
3 eine schematische Schnittansicht durch eine Membran
mit Biegewandler.
Bei dem in 1 gezeigten Lautsprecher ist
eine Membran 1 aus einem glasfaserverstärktem Epoxydharz hergestellt.
Die Membran 1 weist eine Dicke im Bereich von 200 &mgr;m auf. Ein mit
dem Bezugszeichen 2 bezeichneter piezoelektrischer Biegewandler ist aus
demselben Epoxydharz hergestellt, wie das zur Herstellung der Membran
1 verwendete Epoxydharz. Darin sind piezoelektrische Fasern, welche beispielsweise
aus PZT hergestellt sind, eingebettet. Der Biegewandler kann auch aus piezoelektrischen
oder elektrostiktiven Platten oder Filmen hergestellt sein, welche beispielsweise
aus PZT, PVDF, Polypropylen oder Polyorethan bestehen können. Der Biegewandler
weist zweckmäßigerweise an seiner Ober- und Unterseite jeweils eine Elektrode
auf. Es kann sich dabei auch um eine von außen isolierte interdigitale Elektrode
handeln. Mit dem piezoelektrischen Biegewandler 2 werden die damit erzeugten
Schwingungen auf die Membran 1 übertragen. Der Flächeninhalt
der Membran 1 beträgt ein Vielfaches des Flächeninhalts des oder
der piezoelektrischen Biegewandler 2. Zweckmäßigerweise beträgt
der Flächeninhalt der Membran 1 mehr als das 5-fache, vorzugsweise
mehr als das 10-fache besonders vorzugsweise mehr als das 20-fache des/der Flächeninhalt/e
des/der piezoelektrischen Biegewandler/s 2.
Die Membran 1 kann zur verbesserten Auskopplung auch eine
gekrümmte Oberfläche aufweisen. Ferner kann die Membran 1 in
einen Rahmen eingespannt sein und/oder Ausnehmungen aufweisen. Es ist auch möglich,
an einer Rückseite der Membran 1 rechteckige, runde oder ovale Versteifungsstrukturen
anzubringen, welche in der Draufsicht die piezoelektrischen Biegewandler
2 umgehen. Bei den Versteifungsstrukturen kann es sich z. B. um umlaufende
Kunststoffrahmen, umlaufende Verdickungen in der Membran oder dgl. handeln. Durch
die vorgenannten Maßnahmen kann die Klangqualität des Lautsprechers optimiert
werden.
Die Elektroden des Biegewandlers 2 sind über einen,
ggf. mit einem Vorverstärker versehenen, Spannungsverstärker
3 und einem dem Spannungsverstärker 3 vorgeschalteten Signalgeber
4 verbunden. Bei dem Signalgeber 4 kann es sich z. B. um ein Radio,
einen Funktionsgenerator, einen MP3-Player oder dgl. handeln. Die vom Biegewandler
2 wegführenden Leitungen können zumindest im Bereich der Membran
1 als Leiterbahnen 5 ausgeführt sein.
Bei dem in 2 gezeigten Lautsprecher sind
auf der Membran 1 mehrere Biegewandler 2 vorgesehen. Die Biegewandler
2 sind über Leiterbahnen 5 mit einer ersten E1 und einer
zweiten Sammelelektrode E2 verbunden. Die erste E1 und die zweite Sammelelektrode
E2 sind wiederum mit dem Spannungsverstärker 3 und den ggf. vorgeschalteten
Signalgeber 4 verbunden.
3 zeigt eine schematische Schnittansicht durch eine
weitere Ausgestaltung des Lautsprechers. Dabei besteht die Membran 1 aus
einem Laminat, welches aus einer ersten, aus einem elektrisch isolierenden Material
hergestellten Kunststoff-Schicht 6 hergestellt ist. Es kann sich dabei
beispielsweise um mit Glasfasern verstärktes Epoxydharz handeln. Auf der ersten
Kunststoffschicht 6 ist in Form einer ersten Metallschicht 7 eine
erste Sammelelektrode E1 ausgebildet, mit der eine Elektrode des piezoelektrischen
Biegewandlers 2 kontaktiert ist. Der piezoelektrische Biegewandler
2 ist im Übrigen von einer zweiten Kunststoffschicht 8 umgeben,
welche ebenfalls elektrisch isolierend ausgebildet sein kann. Die zweite Kunststoffschicht
8 kann aus demselben Material wie die erste Kunststoffschicht
6 hergestellt sein. Die zweite Kunststoffschicht 8 ist von einer
zweiten Metallschicht 9 überlagert, welche die zweite Sammelelektrode
E2 bildet. Die zweite Sammelelektrode E2 ist mit der anderen Elektrode des piezoelektrischen
Biegewandlers 2 verbunden. Die zweite Metallschicht 9 ist von
einer dritten Kunststoffschicht 10 überlagert, welche wiederum aus
einem elektrisch isolierenden Kunststoff hergestellt sein kann. Es kann sich dabei
um denselben Kunststoff handeln, aus dem die erste 6 oder die zweite Kunststoffschicht
8 hergestellt ist/sind.
Nach einer weiteren Ausgestaltung kann die Membran 1 großflächig
nach Art einer Leinwand ausgebildet sein. Sie kann in eine Vielzahl gleichförmiger,
beispielsweise quadratischer, Felder eingeteilt sein, wobei in jedem Feld ein piezoelektrischer
Biegewandler 2 vorgesehen ist. Jeder der piezoelektrischen
Biegewandler 2 definiert einen Lautsprecher, welcher separat ansteuerbar
ist. Bei der Projektion eines Films auf eine solchermaßen hergestellte Leinwand
kann der Schall dann jeweils genau dort erzeugt werden, wo ein entsprechendes Bild
gerade projiziert wird. Damit wird eine besonders authentische Filmvorführung
ermöglicht. In diesem Fall weist die Membran 1 an ihrer einen Seite
eine lichtreflektierende Schicht auf.
Der vorgeschlagene Lautsprecher zeichnet sich insbesondere durch ein
geringes Gewicht und eine platzsparende kompakte Bauweise aus. Er weist eine hohe
Leistungsdichte auf und kann kostengünstig und einfach hergestellt werden.
Damit gelingt es beispielsweise Poster, Leinwände, Werbeflächen und dgl.
als Lautsprecher zu verwenden. Es kann damit eine gleichmäßige Raumbeschallung
erzielt werden, welche beispielsweise durch eine Integration piezoelektrischer Biegewandler
2 in Gipsplatten, Fenster, Türen und dgl. ermöglicht. Insoweit
können die vorgenannten Bauelemente auch als Membran 1 dienen.
Abgesehen davon können die vorgeschlagenen Lautsprecher zur Herstellung
abhörsicherer Räume verwendet werden. Mit den Lautsprechern kann ein das
Abhören erschwerendes Geräusch an den Wänden erzeugt werden. Auch
ist es denkbar, mit den vorgeschlagenen Lautsprechern eine aktive Schalldämmung
zu erreichen, indem damit zu in einem Raum erzeugten Frequenzen weitere Frequenzen
erzeugt werden, welche die im Raum vorherrschenden Frequenzen nach außen hin
kompensieren.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Anordnung, bei der eine
flexible Membran mit einem piezoelektrischen Biegewandler verbunden ist, kann selbstverständlich
nicht nur als Lautsprecher sondern auch als Mikrofon Anwendung finden. Durch Schall
in der Membran 1 erzeugte Schwingungen erzeugen im piezoelektrischen Biegewandler
2 Spannungssignale, welche über einen einfachen Spannungs- oder Ladungsverstärker
verstärkt und beispielsweise mit einem Computer, Speicher-Osziloskop, Spannungs-
oder Ladungsmeßgeräten aufgezeichnet und wiedergegeben werden können.
Anstelle der in den vorstehenden Ausführungsbeispielen verwendeten
piezoelektrischen Biegewandler 2 kann selbstverständlich auch ein
elektrostriktiver Biegewandler mit der flexiblen Membran verbunden sein.
