DE3018207C2 - Akustischer Wandler mit einer Schwingspule - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen akustischen Wandler mit einer Membran, einer Schwingspule zur Auslenkung der Membran, mit einem mit dem Umfang der Membran gekoppelten Randteil und mit einem Rand-Aufnahmeteil, wobei zwischen diesem und dem Randteil ein Luftspalt gebildet wird.

Bei einem üblichen akustischen Wandler, beispielsweise einem Lautsprecher, ist ein Randteil (Träger) aus einem Material, beispielsweise Papier, Stoff oder synthetischem Material, vorgesehen, wobei das Material gleich oder unterschiedlich zum Material der Membran ist, um die Membran zu lagern. Ein derartiges Randbzw. Trägermaterial hat jedoch Eigencharakteristik und daher wird die Eigenschaft der Wiedergabe eines Lautsprechers, der einen Träger verwendet, welcher aus diesem Rand- oder Trägermaterial hergestellt ist, durch die Eigenschaft beeinträchtigt, die diesem Trägermaterial eigen ist. Dies ist zweifelsohne unerwünscht.

Da der Wert an Aufnahmeverlust (Absorptionsverlust) des Randes beachtlich groß ist, ist die Anordnung eines Randteiles, welches ein solches Material verwendet, unerwünscht, um die Änderungen eines Eingangssignals mit hoher Wiedergabetreue wiedergeben zu können. Dies heißt, daß für diesen Zweck ein sogenannter randloser (trägerloser) akustischer Wandler geeignet ist, dessen Membran durch Luft gestützt wird.

Eine solche Art von Lautsprecher wird als randloser akustischer Lautsprecher bezeichnet, im folgenden als trägerloser Lautsprecher bezeichnet. Der Rand- bzw. Trägerabschnitt des Lautsprechers ist in F i g. 1 dargestellt und wird im folgenden beschrieben.

In dem Fall, in welchem ein üblicher Lautsprecher mit dem unter Bezugnahme auf F i g. 1 beschriebenen Aufbau mit einer Lautsprecherbox mit Baß-Reflexion verwendet wird, kann die akustische Impedanz des Luflspaltes vernachlässigt werden, wenn sie mit derjenigen des Leitungskanals verglichen wird und daher kann die Luftströmung um den Rand herum unberücksichtigt bleiben.

Wenn jedoch ein üblicher Lautsprecher auf einer geschlossenen Box befestigt ist, wirkt der Spalt ähnlich wie im Leitungskanal, d. h. im Kanal des Lautsprechers mit Baß-Reflexion, wie dies vorstehend beschrieben ist Dies ist jedoch nicht günstig für den Fall, in welchem keine Luftströmung im Luftspalt vorliegen soll. Diese Schwierigkeit trägt dazu bei, daß der aus dem in japanischer Sprache erschienen Buch »Korekarano Kontroll-Lautsprecher«, publiziert Γ980 durch Seibundo-Shinkosha, bekannte rand- bzw. trägerlose Lautspreeher, der gegenüber einem üblichen Lautsprecher so abgewandelt ist, daß sein Rand durch den Luftwiderstand gelagert wird, diesem Lautsprecher gegenüber in seinen Eigenschaften differiert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen akustischen Wandler zu schaffen, der ein randloses System verwendet, um den Aufnahmeverlust aufgrund der Verwendung eines Materials zu vermeiden und der in gleicher Weise in Verbindung mit einer geschlossenen Box und einer Lautsprecherbox mit Ba8-Reflexion arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung schafft einen sogenannten randlosen bzw. trägerlosen akustischen Wandler, bei dem kein Material zur Stützung der Membran verwendet wird.

Der erfindungsgemäße Wandler weist eine Membran, eine Schwingspule zur Steuerung der Membran und ein

•to Trägerteil auf, welches im wesentlichen symmetrisch gegenüber einer gedachten Ebene geneigt ist, die senkrecht zur Bewegungsrichtung der Schwingspule liegt. Der Trägerteil ist mit dem Umfang der Membran gekoppelt. Ein Abschnitt zur Aufnahme des Trägers weist eine Aussparung auf, die im wesentlichen in ihrer Form dem Trägerteil ähnlich ist, wodurch ein vorbestimmter Spalt zwischen dem Trägerteil und dem den Träger aufnehmenden Abschnitt gebi'det wird.

Der erfindungsgemäße akustische Wandler, beispielsweise Lautsprecher, weist einen in geeigneter Form ausgebildeten Trägerteil auf, der um die Peripherie der Membran angeordnet ist, um einen vorbestimmten Spalt zwischen dem Trägerteil und einer Aufnahme für den Trägerteil zu bilden, welchar einen ringförmigen Ausschnitt aufweist, der der Form des Trägerteils entspricht, so daß der Druckgradient im Luftspalt in Gleichgewicht mit dem Umgebungs-Druckgradienten steht, und zwar mit dem Ergebnis, daß die Luft, die in den Luftspalt und aus dem Luftspalt herausgeht, im wesentlichen vernachlässigt werden kann.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen akustischen Wandlers anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Darstellung eines bekannten Lautsprechers mit Träger,

Fig. 2 eine teilweise im Schnitt gehaltene Seitenansicht eines Lautsprechers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig.3 und 4 Darstellungen zur Erläuterung von Beispielen wesentlicher Bestandteile des Lautsprechers nach F i g. 2, und

F i g. 5 eine Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Lautsprechers.

Im folgenden wird zuerst auf Fig. 1 Bezug genommen, in welcher ein Lautsprecher mi! einer Membran 10 und einem konusförmigen Teil 10a dargestellt ist, welches konusförmige Gestalt besitzt Ein peripherer Teil 106 steht unter einem vorbestimmten Winkel λ gegenüber dem konusförmigen Teil 10a Ein Rahmen 11 des Lautsprechers steht dem peripheren Teil 106 auf solche Weise gegenüber, daß ein bestimmter Luftspalt 12 zwischen dem Rahmen 11 und den peripheren Teil 106 gebildet ist Der Spalt 12 hat die Wirkung eines sogenannten akustischen Tiefpaßfilters. Die Funktion des Spaltes 12 ist ähnlich der des Kanals eines Lautsprechers vom Baß-Reflexions-Typ. Dies bedeutet, daß der Spalt 12 geeignet ist, die Luftströmung zu erleichtern, die durch die Schwingung der Membran 10 hervorgerufen wird, wodurch die niedrigste Resonanzfrequenz des Lautsprechers verringert wird.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf F i g. 2 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lautsprechers beschrieben, der in F i g. 2 mit 200 bezeichnet ist und eine Membran 210, ein Aufnahmeteil oder Aufnahmeelement 220 für den Rand, eine Schwingspule 230, einen Magnetkreis 240, Dämpfer 250a und 2506 sowie einen Rahmen 260 aufweist.

Die Membran 210 ist eben bzw. flach ausgebildet und hat beispielsweise die Struktur von Honigwaben Die Membran besteht aus einem Honigwaben-Kern 211, einer Haut 212, beispielsweise einer Aluminiumfolie, die auf den Kern 211 aufgebracht ist, einer porösen Schicht 213, die auf der Haut 212 befestigt ist, und einer porösen Schicht 213, die auf die Haut 212 aufgebracht ist, wobei die poröse Schicht 213 mit einem Dämpfungsmittel imprägniert ist.

Um den peripheren Abschnitt der Membran 210 mit dem beschriebenen Aufbau ist ein sogenannter Randteil 214 vorgesehen. Dieser Randteil, im folgenden als Lagerungsteil bezeichnet, ist symmetrisch gegenüber einer gedachten Ebene geneigt, welche senkrecht zur Zeichnungsebene liegt und den Pfeil B beinhaltet; diese gedachte Ebene steht senkrecht zu einer Richtung A der Bewegung der Schwingspule 230. Der Rand- bzw. Lagerungsteil 214 kann dadurch gebildet sein, daß um den peripheren Abschnitt der Membran 210 eine Schicht eines flachen Streifens gewickelt ist, der entlang seiner Mittellinie gefaltet ist, oder dieser Lagerungsteil kann dadurch geformt werden, daß die Haut 212 und/oder die Schicht bzw. Lage 213 verlängert und gefaltet wird. Andererseits kann der Lagerungsteil 214 dadurch geformt werden, daß ein Element um den peripheren Abschnitt der Blende gewickelt wird, welches in Schnittansicht dreieckförmig geformt ist.

Beispiele der honigwabenförmigen Membran sind in den F i g. 3 und 4 dargestellt.

In der in F i g. 3 gezeigten Ausführungsform sind die beiden Seiten des honigwabenförmigen Kernes 211 durch eine Vielzahl von sechseckigen honigwabenförmigen Kerneinheiten gebildet, die in einer Ebene angeordnet sind, und jeweils durch eine Haut 212 abgedeckt sind. In dem in Fig.4 dargestellten Beispiel besteht der Kern 211 aus mehreren honigwabenförmigen Kerneinheiten dreieckiger Gestalt, die in einer Ebene angeordnet sind, wobei nur die obere Fläche des Kernes 211 mit einer Haut 212 abgedeckt ist.

Die Membran 210 mk dem vorstehend beschriebenen Aufbau ist so angeordnet, daß sie über einen Luftspalt 219 dem jeweiligen den Rand aufnehmenden Teil 220 gegenüberliegt Der Aufnahmeteil 220 ist ein ringförmiges Glied, das eine ringförmige Aussparung entsprechend dem Randteil 214 aufweist Dies bedeutet, daß der Aufnahmeteil 220 aus einem unteren Ring 221 und einem oberen Ring 222 besteht Der Aufnahmeteil 220 ist an dem Rahmen 260 auf folgende Weise befestigt:

ίο Zuerst wird der untere Ring 221 an dem Rahmen 260 fest angebracht und die Membran 210 wird an dem ihr zugeordneten Ort angeordnet Der obere Ring 222 wird fest an dem unteren Ring 221 und dem Rahmen 260 befestigt Entsprechend ist die Membran 210 über den Hub bewegbar, der durch den Neigungswinkel des Teils 2)4, des Aufnahmeteils 220 und die Größe des Luftspaltes 219 bestimmt wird.

Der Aufnahmeteil 220 kann aus jedem Material bestehen, beispielsweise aus Kunststoff oder Metall.

Der Rahmen 260, an welchem der Aufnahmeteil 220 fest angeordnet ist, weist einen Flansch 261 auf, der mehrere durchgehende Öffnungen 262 enthält, wie dies in F i g. 2 gezeigt ist. Die durchgehenden Öffnungen 262 werden dazu benutzt, den Lautsprecher 200 an einer nicht dargestellten Pufferplatte (büffle board) zu befestigen. Ähnlich wie bei den üblichen Rahmen weist der Rahmen 260 öffnungen auf, um sein Gewicht zu reduzieren und um eine freie Strömung der Luft hindurch zu ermöglichen. Der Rahmen 260 weist eine Öffnung 264 im Boden 263 auf, durch welche der Rahmen 260 an dem Magnetkreis 230 befestigt ist.

Der Magnetkreis 230 besteht aus einem ringförmigen Permanentmagneten 231, einem ersten Joch 232, welcher den Magneten 231 stützt, einem zweiten Joch 234, der ringförmig ist, und auf dem Magneten 231 angeordnet ist. Das erste Joch 232 (F i g. 2) weist einen flachen Boden 232a und einen zylindrischen Vorsprung 232 auf, der über die Membran von dem mittleren Abschnitt des flachen Bodens 232a verlängert ist. Der zylindrische Vorsprung 232 weist eine durchgehende öffnung entlang seiner Achse auf solcher Art auf, daß er nach innen gegenüber dem Lautsprecher in Form eines Trichters divergiert. Der innerste Endabschnitt des zylindrischen Vorsprungs 2326 hat die Form eines Flansches, zo daß ein magnetischer Spalt 235 mit dem zweiten ringförmigen Joch 234 gebildet wird. Der Rahmen 260 ist fest an dem zweiten Joch 234 befestigt.

Die Schwingspule 240 ist auf einen Endabschnitt eines

Spulenkörpers 241 aufgewickelt. Die Schwingspule 240 wird in den auf diese Weise gebildeten magnetischen Spalt 235 eingesetzt. Der Spulenkörper 241 weist mehrere Öffnungen auf, um sein Gewicht zu reduzieren und um einen freien Durchgang der Luft zu ermöglichen. Der andere Endabschnitt der Schwingspule 240 ist an der Membran 210 befestigt.

Im mittleren Abschnitt des Spulenkörpers 241 sind Stützeinrichtungen 250a und 2506 vorgesehen. Die Stützeinrichtungen 250a und 2506 bestehen aus einem Material, beispielsweise aus einer dünnen Kupferplatte, die extrem kleine mechanische Hysterese und mechanischen Absorptionsverlust hat. Der Spulenkörper ist ferner derart konzipiert, daß die Zahl seiner Stütz- oder Lagerungspunkte eine Primzahl ist (ein Dämpfer dieser Art ist in der japanischen Offenlegungsschrift 113 523/78 beschrieben). Es ist zu beachten, daß die am meisten üblichen Dämpfer extrem großen Verlust haben.
Die Stützeinrichtungen 250a und 2506 werden fest an

dem Rahmen 260 durch Isolierglieder befestigt und die Ruheposition der Membran 210 hängt von der Wahl der Positionien ab, an welchen die Stützeinrichtungen befestigt werden. Da die Stützeinrichtungen 250a und 250b in der vorstehend beschriebenen Weise angeordnet sind, kann die Stützeinheit als Leiter für die Schwingspule 240 verwendet werden, d. h., daß die Stützeinrichtung beispielsweise über die Anschlüsse 252 an einen nicht dargestellten Verstärker angeschlossen werden kann.

Die Arbeitsweise des vorstehend beschriebenen Lautsprechers wird nachfolgend unter Bezugnahme auf F i g. 5 beschrieben. F i g. 5 zeigt die Membran 210 und den Rand-Aufnahmeabschnitt 220 der vorstehend erläuterten Ausführungsform. In F i g. 5 ist die Membran 2iö', die durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist, in ihrer Ruhelage dargestellt.

Es wird angenommen, daß ein Strom in der Schwingspule des Lautsprechers fließt, der in einer geschlossenen Box angeordnet ist, um die Membran 210 nach vorne (entspricht dem Pfeil D) zu bewegen. Aus F i g. 5 ist ersichtlich, daß in diesem Fall am Punkt 219a der Spalt 219 zwischen dem Randteil 214 und dem Rand-Aufnahmeabschnitt 220 verringert ist, wenn man ihn mit dem Spalt vergleicht, der sich ergibt, wenn die Membran in Ruhestellung liegt, und demzufolge wird der Luftdruck erhöht. Andererseits ist am Punkt 2196 der Luftspalt 219 vergrößert, wenn man ihn mit dem Luftspalt vergleicht, der sich ergibt, wenn sich die Membran in der Ruhelage befindet; demzufolge ist der Luftdruck verringert. Ersichtlicherweise ist bei dieser Betriebsart der Luftdruck an der vorderen Fläche 502 der Membran 210 erhöht, während der Luftdruck an der rückwärtigen Fläche bzw. Oberfläche 50! verringert ist.

Wenn der Spalt in mehr oder weniger großem, bestimmten Umfang verringert wird, kann der Druckgradient des Punktes 219a gegenüber dem Punkt 219£> wesentlich größer als der Druckgradient des Punktes 219a gegenüber der vorderen Oberfläche 502 gemacht werden. In diesem Fall kann ein größerer Teil der Luft im Spalt 219 nach innen strömen, während die Luft im Spalt 219 kaum nach außen strömt.

'■> Wenn die Membran 21 nach hinten bewegt wird, wie dies durch den Pfeil D' angedeutet ist, erhöht sich der Luftdruck am Punkt 2196, während der Luftdruck am Punkt 219a sich verringert. In diesem Fall wird der Luftdruck gegen die Vorderfläche 502 der Membran

ίο verringert, während der Luftdruck gegen die rückwärtige Fläche 501 erhöht wird. Demzufolge kann die Luft im Luftspalt 219 vom Punkt 2196 zum Punkt 219a fließen. In diesem Fall tendiert die Außenluft dazu, zu dem Punkt 219a zu strömen; wenn die Druckwerte in

is geeignetem Gleichgewicht stehen, fleißt jedoch kaum Außenitift in den Luftspalt 219.

Aus vorstehender Beschreibung ist ersichtlich, daß der Druckgradient im Spalt 219 in geeigneter Weise im Gleichgewicht mit dem Umgebungs-Druckgradienten steht und daher die Luftströmung, die in den Luftspalt 219 und aus dem Luftspalt 219 herausströmt, praktisch vernachlässigt werden kann. Dies bedeutet, daß die Membran so arbeitet, als würde sie durch Luft abgestützt werden.

Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf einen Lautsprecher mit einer ebenen bzw. flachen Membran mit Honigwabenstruktur; es ist jedoch ersichtlich, daß vorliegende Erfindung auch auf konusförmige Lautsprecher mit Honigwabenstruktur oder ohne Honigwaben-

so struktur sowie auf andere Lautsprecher anwendbar ist. Grundsätzlich ist vorliegende Erfindung für akustische Wandler anwendbar, beispielsweise Kopfhörer und Mikrophone.
Bei dem erfindungsgemäßen akustischen Wandler wird der Verlust infolge des Randeffektes (Stützeffektes) minimisiert, wodurch die Empfindlichkeit auf Änderungen von Signalen groß ist und die Wiedergabe eine hohe Wiedergabetreue zeigt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 Patentansprüche:

1. Akustischer Wandler mit einer Membran, einer Schwingspule zur Auslenkung der Membran, mit einem mit dem Umfang der Membran gekoppelten Randteil und mit einem Rand-Aufnahmeteil, wobei zwischen diesem und dem Randteil ein Luftspalt gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Randteil (214) im wesentlichen symmetrisch zu einer gedachten Ebene geneigt ist, die senkrecht zur Bewegungsrichtung der Schwingspule (230) steht, und daß ein Rand-Aufnahmeteil (220) vorgesehen ist, der eine Aussparung aufweist, die im wesentlichen gleiche Form wie der Randteil hat, derart, daß ein sich mit der Auslenkung der Membran ändernder Luftspalt zwischen dem Randteil und dem Rand-Aufnahmeteil gebildet wird.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (210) eine ebene Membran ist, die durch Anbringen einer mit einem Dämpfungsmittel imprägnierten porösen Schicht auf einem Honigwaben-Kern gebildet ist, wobei der Honigwaben-Kern aus Honigwaben-Kerneinheiten besteht, die in einer Ebene vorgesehen sind.

3. Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsdrähte der Schwingspule (230) zugleich als Stützglieder vorgesehen sind.

4. Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsdrähte aus einem elektrisch leitenden Material bestehen, das extrem kleine mechanische Hysterese und mechanische Absoroptionsverluste aufweist.