DE69632415T2

DE69632415T2 - Piezolautsprecher für verbesserte Passagierkabinen-Audiosysteme

Info

Publication number: DE69632415T2
Application number: DE69632415T
Authority: DE
Inventors: Graham Paul Caldecote Eatwell; Steven L. Alexandria Machacek; Michael J. Weston Parrella
Original assignee: New Transducers Ltd
Current assignee: NVF Tech Ltd
Priority date: 1995-09-25
Filing date: 1996-09-25
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2016-09-26
Also published as: DE69632415D1; JPH11500595A; WO1997017818A1; EP0936842B1; KR19990063674A; EP0872157B1; EP0936842A1; CA2230376A1; JP3569529B2; US6215884B1; BR9611372A; CA2230376C; US5901231A; ES2218599T3; DE69632073T2; ATE266302T1; EP0872157A4; ATE263472T1; ES2219949T3; KR100472615B1

Description

Obwohl sie Töne gut wiederzugeben vermögen, erfordern konventionelle Lautsprecher viel Platz und stellen eine ineffiziente Möglichkeit zur Umwandlung elektrischer Leistung in akustische Leistung dar. Aufgrund der Notwendigkeit, eine sich bewegende Spule zum Antreiben der Membran bereitzustellen, kann der Platzbedarf nicht auf einfache Art und Weise verringert werden. Piezoelektrische Lautsprecher wurden als Membran als Alternative zu Lautsprechern mit einer sich bewegenden Spule vorgeschlagen. Eine derartige Vorrichtung wurde von Martin in dem US-Patent Nr. 4,368,401 und später von Takaya in dem US-Patent Nr. 4,439,640 beschrieben. Beide Erfindungen betrafen die Befestigung eines scheibenförmigen Piezoelements an einer Membran. Bei Martins Vorrichtung wurde eine dicke Klebstoffschicht (10 bis 50% der Dicke der Trägerplatte) zwischen einer Trägerplatte und der Piezokeramik verwendet. Die Klebstoffschicht diente zur Dämpfung von Resonanzen. Takaya erreicht das gleiche durch die Verwendung eines Films, der einen kleineren Q-Faktor aufwies als die Membran. Beide Erfinder beschreiben scheibenförmige Membranen und piezokeramische Platten. In dem US-Patent Nr. 3,423,543 verwendet Kompanek eine Mehrzahl von keramischen Wafern, die aus piezoelektrischen Materialien, wie z. B. Bleizirkonat-Bleititanatmischungen bestehen und verschiedene Formen aufweisen. Leitfähige Schichten werden an beiden Seiten des Wafers befestigt und dann auf eine flache Platte geklebt.
Kompanek führt aus, dass die Platte vorzugsweise aus einem leitfähigen Metall, wie z. B. Stahl besteht, aber auch aus Kunststoff oder Papier mit einer die Oberfläche bildenden leitfähigen Schicht darauf bestehen kann. Eine weitere von Kumada in dem US-Patent Nr. 4,352,961 diskutierte derartige Vorrichtung versucht durch die Verwendung verschiedener Formen für die Membran, wie z. B. einer Ellipsenform das Frequenzverhalten weiter zu verbessern. Er beansprucht darüber hinaus die Möglichkeit, den Lautsprecher aus transparenten piezokeramischen Materialien, wie z. B. aus mit Lanthan dotiertem Zirkontitanat herzustellen, so dass der Lautsprecher in Anwendungen, wie z. B. Uhrenabdeckungen und Radioanzeigen eingesetzt werden kann. Er verwendet darüber hinaus anstelle einer einzigen keramischen Schicht ein bimorphes Element zum Antreiben der Membran. Alle obengenannten Verfahren verwenden ein von einer piezokeramischen Einrichtung angetriebenes flaches Paneel und unternehmen keinen Versuch, eine dreidimensionale Anordnung zur Verbesserung der Klangqualität einzusetzen. Die Membran muss an irgendeiner Art von Rah men befestigt und an dem Rahmen festgeklemmt werden. In dem US-Patent Nr. 4,779,246 diskutieren Bage, Takaya und Dietzsch jeweils Verfahren zur Befestigung der Membran an einem Stützrahmen. Bei frühen Versuchen wurden Piezokeramiken zum Antreiben konischer Formen eingesetzt, die an diejenigen erinnern, die in Lautsprechern zu finden sind. Derartige Vorrichtungen sind bei Kompanek, US-Patent Nr. 3,423,543 sowie bei Schafft, US-Patente Nr. 3,548,116 und 3,786,202 zu finden. Schafft diskutiert den Bau einer zur Verwendung in Lautsprechern geeigneten Vorrichtung. Diese Vorrichtung weist einen sehr viel komplexeren Aufbau auf als flache Paneellautsprecher und ist nicht für Anwendungen geeignet, bei denen ein Lautsprecher mit einem niedrigen Profil benötigt wird. Um eine Bewegung des Mittelpunkts der Membran zu begrenzen, verwendet Bage, US-Patent Nr. 4,079,213 ein Gehäuse mit einer zentralen Stütze. Er macht geltend, dass dies die Position von Knotenpunkten auf die Position der zentralen Stütze reduziert und daher das Frequenzverhalten der Vorrichtung verbessert. Das Gehäuse wird zur Abstützung der zentralen Stütze verwendet, weist Öffnungen auf, um für eine Begrenzung des Drucks zu sorgen und verbessert nicht die akustische Leistung. Piezoelektrische Lautsprecher, bei denen eine piezoelektrische Schwingungseinrichtung mittels durch Drähte gebildeter Kopplungselemente mit einer Membran verbunden ist, wurden von Nakamura in dem US-Patent Nr. 4,593,160 diskutiert. Einschlägigere Arbeiten zu dünnen Lautsprechern, bei denen piezoelektrische Elemente eingesetzt werden, wurden von Takaya in dem US-Patent Nr. 4,969,197 diskutiert. Takaya verwendete zwei gegenüberliegende ebene Schaummembranen mit einem Paar von Ausnehmungen, die die Begrenzung der Bewegung des piezoelektrischen Antriebs minimieren. Dünne Lautsprecher wurden in dem US-Patent Nr. 5,073,946 von Satoh et al. diskutiert, das den Einsatz von Schwingspulen einschloss. Verfahren zur Unterdrückung eines Lautstärkenrauschens wurden von Warnaka in dem US-Patent Nr. 4,562,589 für Flugzeugkabinen diskutiert. An Bauteilen befestigte Vibrationseinrichtungen zur Schalldämmung in Flugzeugen wurden von Fuller in dem US-Patent Nr. 4,7155,559 diskutiert. Diese Erfindung unterscheidet sich von Warnaka und Fuller dahingehend, dass das Ziel darin besteht, durch die Verwendung von flachen Paneellautsprechern verbesserte Mittelton- und Hochtonsignale zu erhalten und gleichzeitig für Tieftonsignale auf die dynamischen Lautsprecher des Rauschunterdrückungssystems zurückzugreifen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Lautsprechersystem nach Anspruch 1 bereit. Das System umfasst ein Modul, das an den Tür- oder Dachpaneelen eines Automobils, eines Lastwagens, eines Flugzeugs oder einer anderen Fahrgastzelle angeordnet sein kann, um eine gute Mittel- und Hochton(Hochtöner)-Qualität zu erzeugen. Eine dynamische Entzerrung unter Verwendung zusätzlicher piezoelektrischer Elemente oder des durch die Biegung des piezoelektrischen Elements erzeugten elektrischen Potentials ist als zusätzliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ebenfalls enthalten.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Tonerzeugung nahe den Ohren der Fahrgäste erfolgt. Da Mittel- und Hochtöne am schnellsten durch die Materialien in dem Automobil (Sitzkissen, Türpaneele, etc.) gedämpft werden, verbesserte die Anordnung der Schallquellen in der Nähe des Zuhörers die wahrgenommene Klangqualität. Ein einziger dynamischer Tieftonlautsprecher (Woofer) sorgt für den gesamten Bass, der eine hohe Klangqualität erforderlich ist, da niedrige Frequenzen durch die Materialien in dem Automobil (Sitzkissen, Türpaneele, etc.) nicht rasch gedämpft werden. Ein derartiges Audiosystem kann auch an ein Schalldämpfungssystem angepasst werden, bei dem die dynamischen Lautsprecher des Schalldämpfungssystems zur Bereitstellung der Tieftöne verwendet werden. Obwohl hier die Anwendung in einem Automobil diskutiert wird, kann das selbe Verfahren in einem Flugzeug, in Lastwagen, in Freizeitfahrzeugen und in Bussen eingesetzt werden.
Die mindestens eine Kopplungsschicht kann in Form einer elliptisch geformten Scheibe vorliegen.
Das Modul kann ferner zwei Kopplungsschichten umfassen, wobei eine erste Schicht auf einer zweiten Schicht angeordnet ist, und wobei beide Schichten zwischen dem piezoelektrischen Element und der Paneelmembran angeordnet sind.
Das System kann eine Gehäuserahmeneinrichtung umfassen, um die Oberseite der Paneelmembran, die mindestens eine Kopplungsschicht und das piezoelektrische Element im Wesentlichen abzudecken und zu umschließen.
Das Modul kann ferner ein zweites piezoelektrisches Element umfassen, das an der Oberseite der Paneelmembran befestigt ist.
Das System kann eine dynamische Entzerrungseinrichtung zur Erfassung von Resonanzschwingungen in der Paneelmembran umfassen, die die Schwingungen in ein zu verstärkendes Signal umwandelt und das verstärkte Signal von dem Eingangsaudiosignal subtrahiert.
Die dynamische Entrerrungseinrichtung kann ein zweites piezoelektrisches Element umfassen, das an der Paneelmembran befestigt ist und das Resonanzschwingungen in der Paneelmembran erfasst und diese Schwingungen in ein Signal umwandelt.
Die dynamische Entzerrungseinrichtung kann eine Einrichtung zur Erfassung eines jeden elektrischen Signals umfassen, das infolge von Resonanzschwingungen in der Paneelmembran durch das erste piezoelektrische Element erzeugt wird.
Die elektronische Einrichtung kann zur Verstärkung des Eingangsaudiosignals ein Paar linearer Leistungsverstärker umfassen, die in einem Schub-Zug-Modus arbeiten.
Bevorzugte Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun lediglich beispielhaft mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, von denen:
1 ein Blockdiagramm der Audioschaltung ist.
2 eine Darstellung des Moduls ist, das zur Erzeugung eines piezoelektrischen Lautsprechersystems auf eine Oberfläche aufgebracht werden kann.
3 eine mögliche Ausgestaltung eines flachen Paneellautsprechers für die Fahrgastzelle zeigt.
4 eine weitere mögliche Ausgestaltung eines flachen Paneellautsprechers für die Fahrgastzelle zeigt.
5 einen flachen Paneellautsprecher mit einem geschlossenen Volumen zeigt, bei dem die in den 3 und 4 dargestellten Paneelausgestaltungen eingesetzt sind.
6 einen flachen Paneellautsprecher mit einem geschlossenen Volumen zeigt, bei dem ein mit zwei piezoelektrischen Elementen ausgestattetes dünnes Paneel eingesetzt ist.
7 ein flacher Paneellautsprecher ist, bei dem piezoelektrische Flächenabschnitte mit zwei gestreckten Kunststoffmembranen verbunden sind, die durch einen starren Rahmen abgestützt und durch eine starre Stütze gespannt gehalten werden.
8 eine Möglichkeit zur Entzerrung zeigt.
9 den Audioantrieb sowie eine mögliche Form der Entzerrung zeigt, bei der das durch Verschiebungen in dem Piezoelement erzeugte Signal als Maß für die Paneelresonanz verwendet wird.
10 die Positionen der flachen Paneellautsprecher in einer Fahrgastzelle, in diesem Fall einem Automobil zeigt.
11 die Integration eines flachen Paneellautsprechers in ein aktives Schalldämpfungssystem zeigt.
12 die Installation piezoelektrischer Lautsprecher in einem Innenausstattungspaneel einer Flugzeugkabine zeigt.
Alle Lautsprechersysteme erfordern irgendeine Form der Verstärkung. Gegenwärtig verwendet die Erfindung ein in dem Blockdiagramm in 1 dargestelltes System.
Das Audiosignal 1 wird einem linearen Verstärker 2 zugeführt, der das Signal „boostet" oder verstärkt. Die Ausgabe des Verstärkers 2 wird einem 17-zu-1 Transformator 3 zugeführt, um die Spannungsamplitude an dem piezoelektrischen Element 4 zu erhöhen. Dies ist erforderlich, da die Verschiebung in dem piezoelektrischen Element unmittelbar mit dem angelegten elektrischen Potential zusammenhängt.
2 zeigt den Aufbau des piezoelektrischen Lautsprechermoduls mit einem eingebauten Dämpfungsmaterial. Das piezoelektrische Element 5 wird unmittelbar auf die anzuregende Oberfläche 6 aufgebracht. Ein Dämpfungsmaterial 7 wird dann in der Nähe des piezoelektrischen Elements, in diesem Fall einer Paneelmembran angeordnet. Das piezoelektrische Element ist Von dem Dämpfungsmaterial 7 umgeben. Die Anordnung des Dämpfungsmaterial in der Nähe des piezoelektrischen Elements hat zwei Vorteile. Sie sorgt für eine Verringerung der strukturellen Resonanzen in der Oberfläche, auf die das piezoelektrische Element aufgebracht ist und sie isoliert die zum Antreiben des piezoelektrischen Elements verwendete hohe Spannung von der Umgebung. Dies ist wichtig, um einen elektrischen Schlag aufgrund der an das piezoelektrische Element angelegten hohen Spannungen zu vermeiden. Der Audioverstärker ist mit wärmeleitfähigem Epoxid in ein Gehäuse 8 eingegossen. Dies schützt nicht nur die elektronischen Komponenten vor der Um-gebung, sondern sorgt auch für eine gute Verteilung der Wärmelast von dem Audioverstärker und verhindert einen möglichen elektrischen Schlag. Eine Abdeckung 9 zur überwiegenden Abdeckung der elektronischen Komponenten ist über dem Gehäuse der elektronischen Kompo nenten angeordnet und sorgt für eine endgültige Abdichtung der Einheit gegen die Umgebung. Es ist gezeigt, dass sich die positiven und die negativen Stromanschlüsse 10, 11 und die positiven und die negativen Audiosignalanschlüsse 12, 13 außerhalb des Gehäuses erstrecken. Die Masse der Abdeckung und des Gehäuses für die elektronischen Komponenten, die auf dem Dämpfungsmaterial angebracht sind, lastet grundsätzlich auf einer Feder, die so angepasst werden kann, dass sie zur Dämpfung bei der Grundresonanz der Anordnung beiträgt.
3 zeigt eine mögliche Ausgestaltung eines flachen Paneellautsprechers für die Fahrgastzelle. Ein piezoelektrischer Flächenabschnitt 14 ist mittig mit einer Kopplungsschicht in Form einer kleinen, dünnen, elliptischen Kunststoffscheibe 15 verbunden, die einen Übergang zu einer größeren elliptischen Scheibe 16 bereitstellt, welche mit einem Paneel 17 verbunden ist. Dieses kann ein leichtgewichtiges Paneel aus geschäumtem Kunststoff oder ein Innenausstattungs- oder Verkleidungspaneel der Zelle sein. Die elliptisch geformten Scheiben tragen dazu bei, die Heftigkeit struktureller Resonanzen in dem dünnen Paneellautsprecher zu verringern und sorgen darüber hinaus für eine Übergangskopplung auf das Paneel. Das Paneel sollte aus anisotropen Materialien bestehen, um die Wirkungen strukturelle Resonanzen weiter abzumildern. Ein elektrischer Anschluss 18 wird zur Bereitstellung des Audiosignals verwendet.
4 zeigt eine weitere mögliche Ausgestaltung eines flachen Paneellautsprechers für die Fahrgastzelle. Ein piezoelektrischer Flächenabschnitt 19 ist außermittig mit einer kleinen, dünnen, elliptischen Kunststoffscheibe 20 verbunden, die einen Übergang zu einer größeren elliptischen Scheibe 21 bereitstellt, welche mit einem Paneel 22 verbunden ist. Dieses kann ein leichtgewichtiges Paneel aus geschäumtem Kunststoff oder ein Innenausstattungs- oder Verkleidungspaneel der Zelle sein. Die elliptisch geformten Scheiben tragen zur Verringerung der Heftigkeit struktureller Resonanzen in dem dünnen Paneellautsprecher bei und sorgen darüber hinaus für eine Übergangskopplung auf das Paneel. Die außermittige Anordnung des piezoelektrischen Flächenabschnitts sorgt für eine zusätzliche Verringerung der Strukturresonanzen. Das Paneel sollte aus anisotropen Materialien bestehen, um die Wirkungen struktureller Resonanzen weiter abzumildern. Ein elektrische Anschluss 23 wird zur Bereitstellung des Audiosignals verwendet.
5 zeigt einen flachen Paneellautsprecher mit einem geschlossenen Volumen, bei dem die in den 3 und 4 dargestellten Paneelausgestaltungen eingesetzt sind. Das Paneel 24 ist, wie oben diskutiert, mit der Kombination aus einem piezo elektrischen Element und Übergangsschichten 25 ausgestattet. Das Volumen ist von der Rückseite durch eine Gehäuserahmeneinrichtung geschlossen, die eine dünne Platte 26 umfasst, welche durch vier Schrauben mit einem Rahmen zusammengehalten wird. Eine Vorderansicht des Flachlautsprechers 30 zeigt die Position der vier Schrauben 31, 32, 33, 34 und die Kombination (im Relief) 35 aus dem piezoelektrischen Element und den elliptischen Übergangsschichten. Um für ein hohes Ausmaß an Nachgiebigkeit zu sorgen, ist das Paneel nur an den Ecken befestigt. Die vier Seiten des Paneels sind mit einer elastischen Abdeckung (dünne Kunststoffschicht oder Klebeband) abgedichtet. Diese Abdichtung verhindert eine Selbstauslöschung der Druckwellen, die die Ränder des Paneels umgeben. Der Hohlraum ist zur Dämpfung jeglicher Hohlraumresonanzen mit einer Glasfaserisolierung gefüllt.
Das Paneel 24 kann ein Teil der Dachverkleidung oder der Innenausstattung der Zelle sein, wobei die Platte 26 in diesem Fall das Bauteil (wie z. B. das Dach) ist. In diesem Fall sind die Schraube und der Rahmen nicht erforderlich, die Innenausstattung muss jedoch akustisch abdichtend mit dem Bauteil an den Rändern verbunden werden, um zwischen dem Paneel 24 und der Platte 26 ein Gehäuse oder einen Hohlraum zu bilden.
6 zeigt einen flachen Paneellautsprecher mit einem geschlossenen Volumen, bei dem ein mit zwei piezoelektrischen Elementen 37, 38 ausgestattetes dünnes Paneel 36 eingesetzt ist. Das Volumen ist von der Rückseite mit einer dünnen Platte 39 geschlossen und mit vier Schrauben mit einem Rahmen 40 zusammengehalten. Eine Vorderansicht des Flachlautsprechers 43 zeigt die Position der vier Schrauben 46, 47, 48, 49 und die Position der piezoelektrischen Elemente 44, 45. Das in der Nähe des Mittelpunkts angeordnete Element 44 regt hauptsächlich ungerade Schwingungsmoden an, die die Tieftondruckwellen erzeugen. Das in der Nähe der befestigten Ecke angeordnete piezoelektrische Element 45 wird sowohl gerade als auch ungerade Moden anregen und die kombinierte Wirkung der zwei Elemente wird zu einem flacheren Frequenzverhalten führen. Um für ein hohes Ausmaß an Nachgiebigkeit zu sorgen, ist das Paneel nur an den Ecken befestigt. Die vier Seiten des Paneels sind mit einer elastischen Abdeckung (dünne Kunststoffschicht oder Klebeband) abgedichtet. Diese Abdichtung verhindert eine Selbstauslöschung der Druckwellen die die Ränder des Paneels umgeben. Zur Dämpfung jeglicher Hohlraumresonanzen ist der Hohlraum mit einer Glasfaserisolierung gefüllt.
7 zeigt einen flachen Paneellautsprecher, bei dem piezoelektrische Flächenabschnitte 50, 51 verwendet werden, die mit zwei gestreckten Kunststoffmembranen 52, 53 verbunden sind, welche durch einen starren Rahmen 52 abgestützt und durch eine starre Stütze 55 gespannt gehalten werden. Die Spannung in der Membran sorgt für zusätzliche akustische Energie, wenn das piezoelektrische Element angeregt wird und erhöht darüber hinaus die modale Dichte, was zur Abflachung des Frequenzverhaltens beiträgt. Die Membranen weisen eine geringfügig unterschiedliche Größe auf, um mehr Frequenzkomponenten und somit ein flacheres Frequenzverhalten zu erzeugen. Ein Abstandshalter 56 aus Gummi wird zur Isolierung der unmittelbaren Paneelschwingungen von der Decke 57 der Fahrgastzelle verwendet.
8 zeigt ein Verfahren zur Entzerrung. Ein piezoelektrischer Flächenabschnitt 58 ist an einem in Schwingungen zu versetzenden Bauteil 59 angebracht. Das piezoelektrische Element wird durch einen Transformator 60 und ein Paar linearer Leistungsverstärker 61, 62 in einem „Schub-Zug"-Modus angetrieben. Ein kleinerer piezoelektrische Flächenabschnitt 63 ist zur Erfassung der starken Resonanzschwingungen in dem Paneel auf dem Paneel angeordnet. Dieses Signal wird durch einen Operationsverstärker 64 auf ein angemessenes Niveau verstärkt, das dann im Eingang des Verstärkers von dem Eingangsaudiosignal 65 subtrahiert wird.
9 zeigt den Audioantrieb mit einer weiteren möglichen Form der Entzerrung, bei der das durch die Verschiebungen in dem Piezoelement erzeugte Signal als Maß für die Paneelresonanz verwendet wird. Ein piezoelektrischer Flächenabschnitt 66 ist an dem in Schwingungen zu versetzenden Bauteil 67 angebracht. Das piezoelektrische Element wird durch einen Transformator 68 und ein Paar linearer Leistungsverstärker 69, 70 in einem „Schub-Zug"-Modus angetrieben. Ein Differential-Operationsverstärker 71 wird dazu verwendet, das Signal auf der zweiten Seite des Transformators aufzufangen (sowohl die antreibenden Audiosignale als auch die Signale, die durch die Resonanzen des von dem piezoelektrischen Element angetriebenen Paneels erzeugt werden). Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 71 wird auf einen Wert gesetzt, um dieses kombinierte Signal auf die Eingabeniveaus des Audiosignals zurück zu skalieren. Ein zusätzlicher Differential-Operationsverstärker 72 wird dazu verwendet, das Eingangsaudiosignal 73 zu subtrahieren, so dass das verbleibende Signal aus dem von dem piezoelektrischen Element erzeugten elektrischen Signal besteht. Jedes bedeutende durch das piezoelektrische Element erzeugte Signal ist das Ergebnis starker Paneelresonanzen. Dieses Signal wird zur Verringerung der Peaks in dem Frequenzverhalten des Paneels von dem Audioantrieb subtrahiert.
10 zeigt die Positionen der flachen Paneellautsprecher in einer Fahrgastzelle, in diesem Fall einem Automobil. Vier Mitteltonpaneele 74, 75, 76, 77 sind innerhalb der Dachverkleidung des Automobils angeordnet oder bilden einen Teil davon und eines kann in jeder Tür 78, 79 angeordnet sein. Paare von Hochtönern 80, 81, 82, 83 sind ebenfalls in der Dachverkleidung angeordnet oder bilden einen Teil davon. Hochtöner 84 können darüber hinaus, wie gezeigt, an den Seiten des Fahrgastzellenrahmens angeordnet sein. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass der Schall nahe den Ohren der Fahrgäste erzeugt wird. Da Mittel- und Hochtöne am schnellsten durch die Materialien in dem Automobil (Sitzkissen, Türpaneele, etc.) gedämpft werden, verbessert die Anordnung dieser Schallquellen in der Nähe des Zuhörers die wahrgenommene Klangqualität. Ein einziger dynamischer Tieftonlautsprecher (Woofer) sorgt für den gesamten Bass, der für eine hohe Klangqualität erforderlich ist, da die niedrigen Frequenzen durch die Materialien in dem Automobil (Sitzkissen, Türpaneele, etc.) nicht rasch gedämpft werden. In einer weiteren Ausführungsform bestehen die von piezoelektrischen Elementen angetriebenen Flachlautsprecher aus piezoelektrischen Elementen, die ausgewählte Bereiche der Innenausstattung oder der Verkleidung der Fahrgastzelle antreiben.
11 zeigt ein System für eine Fahrgastzelle, das ein aktives Schalldämpfungs (ANR)-System umfassen würde. Das ANR-System 86 würde aus mindestens einem jedoch vorzugsweise aus einer Mehrzahl von Mikrofonen 87, 88, 89 sowie aus mindestens einem jedoch vorzugsweise aus einer Mehrzahl von dynamischen Tieftonlautsprechern 90, 91, 92 bestehen. Das Audiosystem 93 würde den Lautsprecher in dem ANR-System für Tieftöne und ein Mitteltonflachpaneel 94, 95, 96, 97 sowie Flachpaneelhochtöner 98, 99, 100, 101 nutzen. Dieses System wurde den Nutzen eines Schalldämpfungssystem mit der verbesserten Audioleistung vereinigen, die aus der besseren Anordnung der Mittel- und Hochtonquellen resultiert.
12 zeigt die Anordnung piezoelektrischer Lautsprecher in der Innenausstattung einer Flugzeugkabine. Bei dieser speziellen Anwendung werden die Lautsprecher als Teil des PA-Systems verwendet. Piezoelektrische Elemente 102, 103 sind zur Erzeugung von Hochtönen an den steifen Teilen der Innenausstattung angeordnet. Piezoelektrische Elemente 104, 105 sind zur Erzeugung von Tief- und Mitteltönen an dem dünneren elastischeren Teil der Innenausstattung angeordnet, so dass während der Schwingung der Innenausstattung, d. h., wenn ein elektrisches Potential an die piezoelektrischen Elemente angelegt ist, gemeinsam Tief-, Mittel- und Hochtöne erzeugt werden können. Wenn sie mit einer Lautsprecheranlage (public address system) gekoppelt ist, wird eine Frequenzweiche 106 verwendet, um das Audiosignal, wie es von dem PA-System 107 übertragen wird, in seinen Hoch- und Tieftonanteile aufzuspalten.
Piezoelektrische Materialien existieren in einer Vielzahl von Formen als natürlich vorkommende kristalline Materialien, wie z. B. Quarz, als künstlich hergestellte kristalline und andere Materialien sowie als Kunststoffmaterialien, einschließlich Schichten und Schäume. All diese Materialien werden als Teil dieser Erfindung betrachtet. Darüber hinaus dienen piezoelektrische Materialien lediglich als Beispiel für dünne schichtartige oder plattenartige Materialien, die in geeigneter Art und Weise zur Bildung von Wandlern eingesetzt werden können. Derartige andere Wandler können magnetostriktive Wandler, elektromagnetische Wandler, elektrostatische Wandler, Mikromotoren, etc. umfassen.

Claims

Lautsprechersystem, umfassend: ein Lautsprechersystem-Modul mit einem piezoelektrischem Element (14, 19, 58, 66), welches mittels eines angelegten elektrischen Potentials verlagerbar ist und eine Oberseite sowie eine Unterseite aufweist, einer Plattenmembran (17, 22, 59, 67), welche eine Oberseite aufweist, von dem piezoelektrischen Element angeregt wird und mit der Unterseite des piezoelektrischen Elements (14, 19, 58, 66) verbunden ist, und Dämpfmitteln (15, 16, 20, 21) zur Verringerung der strukturellen Resonanzen in der Plattenmembran (17, 22, 59, 67); sowie Elektronikmittel (18, 23), um ein Eingangsaudiosignal zu erhalten und dieses Signal zu verstärken, wobei die Elektronikmittel (18, 23) elektrisch mit dem piezoelektrischen Element verbunden sind, um an dieses ein elektrisches Potential anzulegen, und wobei sie über der Oberseite des piezoelektrischen Elements angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfmittel eine zwischen dem piezoelektrischen Element (14, 19, 58, 66) und der Plattenmembran (17, 22, 59, 67) angeordnete Koppelschicht (15, 20) aufweisen, welche das piezoelektrische Element (14, 19, 58, 66) vollständig überdeckt, um das piezoelektrische Element zu isolieren, und dass das Lautsprechersystem-Modul Mittel umfasst, um die Elektronikmittel, das piezoelektrische Element (14, 19) und die Mittel zur Verringerung struktureller Resonanzen im Wesentlichen zu überdecken.
System nach Anspruch 1, bei dem die Koppelschicht (15, 20) in Form einer elliptisch geformten Scheibe vorliegt.
System nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, umfassend eine weitere Koppelschicht (16, 21), wobei die beiden Koppelschichten (15, 16, 20, 21) übereinanderliegend zwischen dem piezoelektrischen Element und der Plattenmembran angeordnet sind.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein zweites, an der Plattenmembran angebrachtes piezoelektrisches Element.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend dynamische Entzerrmittel zur Erfassung resonanter Schwingungen in der Plattenmembran (17, 22, 59, 67) zur Umwandlung der Schwingungen in ein zu verstärkendes Signal und zur Subtraktion des verstärkten Signals von dem Eingangsaudiosignal (65, 73).
System nach Anspruch 5, bei dem die dynamischen Entzerrmittel ein weiteres piezoelektrisches Element (63) umfassen, welches an der Plattenmembran (59) angebracht ist und welches resonante Schwingungen in der Plattenmembran (59) erfasst und die Schwingungen in ein Signal umwandelt.
System nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, bei dem die dynamischen Entzerrmittel Mittel umfassen, um ein von dem ersten piezoelektrischen Element (58, 66) als Folge resonanter Schwingungen in der Plattenmembran (59, 67) erzeugtes elektrisches Signal zu erfassen.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Elektronikmittel ein Paar in einem Gegentaktmodus arbeitender linearer Leistungsverstärker (61, 62, 69, 70) zur Verstärkung des Eingangsaudiosignals (65, 73) umfassen.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend Mittel (26, 39), um die Oberseite der Plattenmembran, die Koppelschicht und das piezoelektrische Element im Wesentlichen zu überdecken und einzuschließen.