Вход/Регистрация
Вход через соц. сети        
Мы расскажем всё об акустике и о том, что с ней связано

Пьезокерамические (пьезопленочные) излучатели

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 излучателей. 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 излучателей (Pioneer и Audax являются ведущими компаниям в этом направлении);
  • создание высокочастотных и низкочастотных громкоговорителей 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 новый конструкций излучателей.

Добавить комментарий

Что бы вы хотели почитать?

Итоги

Радиолюбителю

Новости

  • 22 Января 2015
    Первый в мире bluetooth-граммофон
    Gramovox — bluetooth-граммофон, работающий на одной зарядке 15 часов. Устройство оснащено металлическим горном,...
  • 05 Августа 2013
    Сумасшедшие колонки
    Уникальная акустическая система Xcellon DWS-100B удивит вас танцем воды и световым шоу. Две колонки, питающиеся от USB...
  • 05 Марта 2011
    Парящая акустика
    Внешний вид акустики Dome, состоящей из двух сателлитов и сабфуфера, весьма привлекательный за счет геодизайна. Корпуса и...
  • 05 Марта 2011
    Акустика из переработанной бумаги
    Эко меломаны будут обожать TAU акустику за их экологический состав. Сделаны из переработанных материалов, составляющих акустической...
  • 29 Марта 2008
    Плазменные колонки
    Все мы знаемы два типа динамиков: самый известный и популярный — компрессионный (диффузор двигает воздух) и менее известный...
  • Все новости

Последние комментарии

  • Может дело в форме? В определении написано, что со... Подробнее...
    By Пал Палыч
  • А точнее? Спасибо Подробнее...
    By Павел
  • Ошибка в формуле расчёта эквивалентного объёма Подробнее...
    By jas57
  • Симтема с двумя выходами похоже не работает, векто... Подробнее...
    By Михаил
  • Добрый день! Пытался использовать формулу резонато... Подробнее...
    By михаил
Наверх