ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к электроакустической технике, в частности, к пьезоэлектрическим электроакустическим преобразователям, используемым в качестве средств звукового оповещения в системах охранной и пожарной сигнализации.
В известных пьезоэлектрических электроакустических преобразователях в качестве источника колебаний звуковой частоты применяются биморфные пьезоэлементы, обычно круглой формы. Известен электроакустический преобразователь, содержащий круглый биморфный пьезоэлемент, закрепленный по периферии в корпусе, снабженном отверстиями для выхода звука. В данном устройстве биморфный пьезоэлемент является одновременно как источником звуковых колебаний, так и элементом, излучающим звуковые волны (патент Японии 61139200, Н04R 1/22, 17/00, 1986).
Недостаток данного устройства заключается в том, что электроакустические преобразователи подобного типа не обеспечивают достаточную громкость звучания.
Для увеличения звукового давления используют дополнительные элементы - мембраны, диффузоры, связанные с источником колебаний. Известен электроакустический преобразователь, использующий в качестве источника колебаний биморфный пьезоэлемент, к центральной части которого прикреплена вершина легкой конусной мембраны, основание которой прикреплено к внутренней части корпуса с обеспечением возможности ее осевого перемещения. Таким образом, основным звукоизлучающим элементом становится конусная мембрана, которая приводится в движение центральной частью пьезоэлемента, имеющей наибольшую
амплитуду колебаний. В этом случае достигается увеличение громкости звучания благодаря большей площади излучаемой поверхности и лучшему акустическому согласованию со средой (патент США 4035672, H01L 41/04, 1977).
Недостатком данной конструкции является низкая устойчивость к внешним механическим воздействиям.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является электроакустический преобразователь, содержащий корпус, круглый биморфный пьезоэлемент, выпуклую мембрану, основание которой соединено по периферии с пьезоэлементом. Центральная часть пьезоэлемента, посредством держателя, соединена с основанием корпуса (патент РФ 2014758, H01R 17/00, 1994).
Однако, этот электроакустический преобразователь также обладает недостаточной устойчивостью к ударным воздействиям, так как закреплен в одной, центральной, точке. Кроме того, преобразователь не обеспечивает достаточную громкость звучания, так как площадь излучающей поверхности мембраны, будучи соединенной по периферии с пьезоэлементом, ограничена площадью пьезоэлемента.
Техническим результатом настоящей полезной модели является разработка конструкции электроакустического преобразователя, которая обеспечивает увеличение устойчивости к ударным воздействиям и увеличение громкости звучания.
Технический результат достигается тем, что в электроакустическом преобразователе, содержащем корпус, круглый биморфный пьезоэлемент и выпуклую мембрану, основание которой соединено по периферии с пьезоэлементом, мембрана имеет плоскую кольцевую часть, соединенную по наружной окружности с боковой стенкой корпуса. В центре выпуклой части мембраны выполнено отверстие диаметром 0,1-0,2 от диаметра основания выпуклой части. Высокая устойчивость электроакустического
преобразователя обусловлена тем, что плоская часть мембраны и биморфный пьезоэлемент находятся в одной плоскости, то есть отсутствуют моменты сил при ударах, а их соединение между собой и боковой стенкой корпуса осуществлено по окружностям. Увеличению прочности также способствует наличие выпуклой части мембраны в силу ее естественной жесткости. Благодаря наличию плоской части мембраны увеличивается эффективная излучающая поверхность и, соответственно, громкость звучания.
Дополнительным техническим результатом полезной модели является то, что, благодаря достаточно высокой прочности мембраны, последняя может выполнять двойную функцию, то есть излучать звук и быть элементом корпуса. В этом случае внутреннее пространство свободно для размещения электронной платы, например звукового генератора.
Сущность полезной модели поясняется следующими фигурами графических изображений.
Фиг.1. Схематическое изображение электроакустического преобразователя.
Фиг.2. Распределение колебательного смещения точек излучающей поверхности мембраны вдоль диаметра.
Фиг.3. Распределение колебательного смещения точек внутренней поверхности преобразователя вдоль диаметра.
Фиг.4. Пример осуществления полезной модели.
На фиг.1 изображен преобразователь в разрезе по вертикали вдоль диаметра. Он содержит мембрану 1, биморфный пьезоэлемент 2 и фрагмент боковой стенки 3 корпуса. В центре выпуклой части мембраны выполнено отверстие 4, диаметр которого составляет 0,1-0,2 от диаметра основания выпуклой части и подобран экспериментально. Наличие отверстия способствует выравниванию динамического давления в полости между пьезоэлементом и выпуклой частью мембраны и дает некоторое увеличение
громкости звучания. Буквами «а», «b» и «с» отмечены совокупности точек поверхностей, соответствующих нулевым и максимальным значения колебательных перемещений.
На фиг.2 показано распределение колебательных перемещений точек излучающей (внешней) поверхности в некоторый момент времени. В точках «а» смещение равно нулю в силу закрепления мембраны в боковой стенке. При переходе от точек «а» к точкам «b» смещение монотонно увеличивается до максимума и остается постоянным на поверхности, ограниченной совокупностью точек «b» в силу естественной жесткости этой выпуклой поверхности. Очевидно, что в этом случае, когда на всей поверхности знак колебательных смещений одинаков, излучение будет наиболее эффективным.
На фиг.3 показано распределение колебательного смещения нижней (внутренней) плоской поверхности преобразователя в тот же самый момент времени. Смещение совокупностей точек на нижней стороне плоской части мембраны, очевидно, совпадает с фиг.2. При переходе от совокупности точек «b» к совокупности точек «с» смещение уменьшается до нуля, так как совокупность точек «с» представляет собой узловую окружность при колебаниях биморфного пьезоэлемента. В центре биморфного пьезоэлемента смещение вновь максимально, но имеет противоположный знак. Очевидно, что при таком распределении смещений излучение со стороны нижней плоской поверхности (внутрь корпуса) будет неэффективным.
Ниже приводится пример осуществления полезной модели в качестве средства звукового оповещения. Конструкция электроакустического преобразователя изображена на фиг.4 и включает в себя мембрану с плоской кольцевой частью 5 и выпуклой частью 6. Мембрана одновременно является верхней частью корпуса. В центре выпуклой части мембраны выполнено отверстие 4. Боковая стенка 3 корпуса выполнена с
возвышающимся изгибом 7 на высоту выпуклой части 6 для дополнительной защиты мембраны. Мембрана и боковая стенка корпуса изготовлены из пластмассы, как единая деталь, методом литья. К основанию выпуклой части приклеен биморфный пьезоэлемент, состоящий из склеенных между собой металлической пластины 8 и пьезокерамического диска 9 меньшего диаметра. Внутреннее пространство корпуса предназначено для размещения платы генератора электрических колебаний звуковой частоты (не показана). Выход генератора подключается к проводам 10, припаянным к нижней поверхности металлической пластины 8 и к нижнему электроду пьезокерамического диска 9.
Устройство работает следующим образом. При подаче на биморфный пьезоэлемент посредством проводов 10 переменного напряжения звуковой частоты пьезоэлемент совершает изгибные колебания относительно кольцевой линии, обозначенной на фиг.1 совокупностью точек «с». Периферийная часть пьезоэлемента приводит в колебательное движение мембрану. При этом все точки поверхности выпуклой части колеблются с одинаковой амплитудой. Горизонтальная, плоская, часть мембраны не препятствует этим движениям, однако амплитуда ее колебаний монотонно уменьшается, практически до нуля, в месте соединения с боковой стенкой.