Мы расскажем как сделать акустику своими руками

Пьезокерамические (пьезопленочные) излучатели звука

 

Среди значительного разнообразия электроакустических преобразователей отдельный сектор занимают отличающиеся от классических конструкций пьезопленочные (прежнее название пьезокерамические) вариации излучателей.

Акустика PIONEER HPM-50 с пьезокерамиечским ВЧ динамиком.
Рис. 1. Акустика PIONEER HPM-50 с пьезокерамиечским ВЧ динамиком.

В основе таких изделий лежит пьезоэлектрическом эффект, обнаруженный братьями Кюри (Пьер и Жак) в 1880 году. Суть эффекта заключается в образовании электрозарядов на гранях кристаллов. В зависимости от выбора кристалла (кварц, турмалин или сегнетова соль) электрические заряды спровоцируют либо смещение, либо изгибание, либо кручение твердого тела. Наблюдается и эффект в обратную сторону. При воздействии на пьезокристалла электричеством фиксируется деформация кристалла: он удлиняется, изгибается или скручивается.

Данные физические явления были успешно положены в основу создания целого ряда приборов. В 20-40 годы прошлого столетия пьезопленочные излучатели применялись в звукоснимателях, микрофонах и прочих ультраакустических преобразователях.

Осуществлялись изыскания и на предмет возможности применения эффекта в излучателях акустических конструкций, в их звуковом диапазоне частот. Исследования, проводимые в США, Японии и РФ, на основе титаната бария и цирконата-титаната свинца со стронцием и ниобием были созданы пьезокерамические материалы, применяемые в аудиоаппаратуре.

Конструктивные особенности громкоговорителя

Конструкция пьезокерамического динамика
Рис. 2. Конструкция пьезокерамического динамика. 1 — изогнутая пьезопленка, 2 — демпфирующая прокладка, 3 — специальная сетка.

Пьезокерамика была чрезвычайно интересна для создания целой линейки высокочастотных громкоговорителей, а также громкоговорителей для оповещения. Причина такой популярности в простоте конструкции, высоком уровне чувствительности на фоне отсутствия магнитных цепей. Однако во внимание необходимо было принимать резонансную частоту пьезоэлемента, которая зависит от радиуса и толщины изделия:

Формула расчета резонансной частоты пьезоэлемента

где, Е — модуль Юнга, плотность и коэффициент Пуассона, t — толщина изделия, r — радиус.

Для того, чтобы добиться существенно меньшей частоты резонанса, необходимо с одной стороны уменьшить толщину (t) изделия, а с другой увеличить радиус (r). Однако размеры изделия ограничены конструкцией динамиков. Остается продолжать работы над уменьшением толщины пьезоэлементов и подбором специальных конфигураций.

Производство и применение

Целый ряд компаний успешно разрабатывали акустические системы с высокочастотными пьезоизлучателями, но признанным лидером в данной области остается компания Motorola.

Изготовление пьезокерамики осуществляется на основе спонтанной поляризации в кристалле при определенных температурах (сегнетоэлектричество). Двуокись титана и окись бария смешиваются в измельченном виде в соответствующих пропорциях. Далее следует процесс химического синтеза, происходящий в температурном диапазоне 900–1300°С.

Порошок для изготовления пьезоэлемента
Рис. 4. Порошок для изготовления пьезоэлемента

При методе осаждения из водных растворов, вследствие оптимального перемешивания компонентов, удается снизить термообработку до 750-1000°С. В результате, получившийся синтезированный материал выливается под давлением в заготовки заданной конфигурации. Также применяется метод прессования. В завершении заготовки подвергаются температурному обжигу для достижения необходимых свойств будущих пьезоэлементов.

Область применения пьезоэлектрических материалов чрезвычайно широка. Это и медицинские приборы и инструменты, оборудование для полупроводникового производства, контроль связи и целый спектр измерительных приборов. Выделяют четыре основные категории применения пьезоэлементов: генераторы, силовые приводы, преобразователи и сенсоры.

При создании пьезоизлучателей, предназначенных для работы в звуковом диапазоне частот, различают три основных направления дальнейшего развития:

  • создание рупорных высокочастотных громкоговорителей на основе пьезокерамических биморфных элементов. Создав целую линейку акустических систем, компания Motorola признана лидеров в данном направлении;
  • создание акустических систем на основе пьезопленочных высокочастотных динамиках(Pioneer и Audax являются ведущими компаниям в этом направлении);
  • создание высокочастотных и низкочастотных динамиков на основе мягких пьезокерамических материалов — толстопленочных PZT.

Современные достижения в области изучения возможностей пьезокерамических материалов позволяется утверждать, что это задел станет основой для существенного продвижения в создании новых конструкций излучателей.

 

Добавить комментарий

Что бы вы хотели почитать?

Итоги
Последние комментарии
  • А вы правы, наш косячок. Внесли правки Подробнее...
    By Павел Сайк
  • Tara Labs cascade noise - "убийца" акустики и науш... Подробнее...
    By Пух
  • Искали информацию. Но нашли только патент. В конце... Подробнее...
    By Павел Сайк
  • Это я так понимаю концепция. А кто-нибудь такой из... Подробнее...
    By Михаил
  • Ну мы тут все идиоты, не поспоришь даже. Но по сущ... Подробнее...
    By Павел Сайк
Наверх