DE68920031T2 - Audiotransducer mit regelbarem flexibilitätsdiaphragma. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft allgemein Tonwandler und insbesondere Verbesserungen bei der Gestaltung einer Wandlermembran mit einem Paar von länglichen federnden Geweben, deren Zwischenabschnitte eine Fläche bilden, die sich im allgemeinen in einer Ebene erstreckt und die zur Bewegung in die Richtung der Ebene montiert ist. Die Erfindung geht von der Offenbarung von US-A-4584439 aus.
• Eine Vielzahl von Arten von Tonwandlern, wie durch Lautsprecher veranschaulicht, ist im Stand der Technik bekannt. Eine herkömmliche Form von Wandler umfaßt einen Konus mit einem befestigten elektromagnetischen Motorantriebselement. Der Konus ist durch eine flexible Fläche, die an den Umfang des Konus grenzt, an seinem Rahmen montiert. Diese Art von Wandler ist allgemein durch eine relativ große Membran und Spulenmasse charakterisiert, was große Trägheitskräfte in der Membran erzeugt. Diese Kräfte begrenzen die Fähigkeit der Membran, mit hohen Frequenzen zu schwingen, und reduzieren somit drastisch ihren Frequenzgang auf Frequenzen unterhalb von 5 kHz. Umgekehrt, wenn die Membran und Spule stattdessen eine relativ niedrige Masse aufweisen, um das obere Ende des Frequenzganges anzuheben, hat die Membran einen reduzierten unteren Frequenzgang. Zusätzlich zu einem begrenzten Frequenzgang ist die konusförmige Membran typischerweise aus einem Papiererzeugnis geformt, was sie empfindlich für Änderungen in der relativen Feuchtigkeit macht. Das ändert den Frequenzgang und begrenzt die Lebensdauer des Wandlers.
• Eine andere Art von Lautsprecher nach dem Stand der Technik umfaßt einen hornartigen Lautsprecher mit einer ebenen Membran, die senkrecht zur Ebene der Membran als Antwort auf Aktivierung durch ein elektromagnetisches Antriebselement schwingt. Wie bei der konusförmigen Membran ist der ebene Membranbereich mittels eines ringförmigen Abschnittes, der an einen ebenen Zentralabschnitt grenzt, an einem Rahmen montiert. In einigen Fällen kann die Membran an eine Schwingspule aufgehängt sein, an der sie direkt befestigt ist. Bei dieser Art von Lautsprecher ist ein großes Horn erforderlich, um die erzeugten Schallwellen geeignet zu lenken und zu fokussieren. Aufgrund der Masse der Membran und der Schwingspule neigt der Frequenzgang des Wandlers wiederum dazu, bei hohen Frequenzen abzufallen. Außerdem wird der eben beschriebene Wandler sehr teuer.
• Derartige Tonwandler nach dem Stand der Technik haben im allgemeinen eine begrenzten Bandbreite und sind für spezielle Frequenzbereiche, wie z.B. niedrige, mittlere und hohe Frequenzen, optimiert. Um einen ausreichenden Frequenzgang über das gesamte hörbare Frequenzspektrum zu liefern, müssen drei oder vier Arten oder Größen von Wandlern in einem einzelnen Gehäuse aufgenommen werden. Die zusätzlichen Wandler erhöhen drastisch die Kosten für eine Klangwiedergabe hoher Qualität. Weiterhin erfordert die Verwendung von mehreren Wandlern den Einbau von komplexen Frequenzweichen, um Tonsignale zu trennen, die zu den einzelnen Wandlern gehen oder von diesen ausgehen.
• US-A-1 788 835 und US -A-3 978 353 offenbaren allgemein Tonwandler mit gekrümmten, flexiblen Membranen. US-A-4 029 171 offenbart einen Tonwandler ähnlich der in Fig. 7 gezeigten herkömmlichen Art. US-A-3 747 880 offenbart ein Lautsprechertragesystem für ein Lautsprechergehäuse.
• US-A-4 584 439, die hierin als Referenz eingeschlossen ist, offenbart einen Tonwandler, der von dem Erfinder der vorliegenden Erfindung entworfen wurde und zu einem hohen Grad die oben angedeuteten Mängel und Schwierigkeiten überwindet. Die darin beschriebene Ausführungsform schließt eine Membran mit einem Paar von länglichen, federnden Geweben ein, deren Zwischenabschnitte eine Fläche bilden, die sich im allgemeinen in einer Ebene erstreckt und gekrümmte Endabschnitte aufweist, die sich seitlich von der Ebene weg erstrecken, um an entfernten Rahmenaufnahmen zu enden. Die Gewebe erscheinen - von oben gesehen - als ein Paar von Rücken an Rücken "C"s, die an ihren Mittelpunkten verbunden sind. Die Verlängerung wird in dem Rahmen von kettenähnlichen Trägern getragen, um der Fläche zu ermöglichen, sich in der Richtung der Ebene zu bewegen. Um die Membran zu vervollständigen, ist eine Drahtspule an der Fläche befestigt und Magnete sind an entgegengesetzten Seiten der Fläche montiert, um ein Magnetfeld über die Fläche zu liefern. Ein Strom in der Spule, der proportional zu den empfangenen Tonimpulsen ist, erzeugt ein Magnetfeld, das mit dem bestehenden Magnetfeld wechselwirkt, um die Gewebe in Schwingung zu versetzen und dadurch Schallwellen zu erzeugen.
• Die darin offenbarte Ausführungsform leidet jedoch immer noch an mehreren Nachteilen bei der praktischen Anwendung. Die Bandbreite ist, obwohl sie verbessert ist, immer noch etwas begrenzt. Es wurde herausgefunden, daß die untere Grenzfrequenz typischerweise ungefähr 1200 Hz anstatt der erhofften 100 Hz beträgt. Die Membran leidet auch an Reflektionen von Wellen in dem Gewebematerial an den Punkten, wo die Gewebe in dem Rahmen enden. Die reflektierten Wellen verzerren die Amplitudentreue der Membran, indem einige Wellen in dem Gewebe gelöscht und andere verdoppelt werden, so daß die Amplitude des erzeugten Schalls ungleichmäßig ist. Ein dritter Nachteil des Wandlers nach dem Stand der Technik ist seine Breitbandmaterialresonanz. Die Gestalt des Rahmens, kombiniert mit der Membran und den kettenähnlichen Materialien, erzeugt Störresonanzen bei ungefähr 1 kHz. Ein weiteres Problem bei der Gestaltung nach dem Stand der Technik ist die begrenzte horizontale Streuung. Schall von dem Wandler strahlt nach vorne in einem Bogen von ca. 30º von der Mittelfläche ab, wodurch viel von einem Raum ohne direkte Schalleinwirkung bleibt.
Zusammenfassung der Erfindung
• Es ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung, einen verbesserten Wandler zu liefern, der sich durch eine Konstruktion auszeichnet, die die angedeuteten Schwierigkeiten und Mängel überwindet.
• Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Wandler mit einer verbesserten Membrankonstruktion zu liefern, die die Wandlerbandbreite erhöht und Verzerrung verringert.
• Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung, einen Wandler mit einer Membran zu liefern, die konstruiert ist, um den Schall über einen breiteren Bogen zu streuen.
• Demgemäß liefert die vorliegende Erfindung einen Tonwandler mit den Merkmalen von Anspruch 1.
• Ein verbesserter Wandler, der die vorliegende Erfindung verkörpert, schließt federnde Gewebe ein, wobei jedes sich von einer Mittelfläche in einem Bogen zu einer fernliegenden Rahmenaufnahme erstreckt, die durch die Fläche zur anderen Rahmenaufnahme im wesentlichen ausgerichtet ist. In einer Ausführungsform der Erfindung kann jedes Gewebe sich in entgegengesetzten Bögen erstrecken, um ein im wesentlichen zylindrisch gestaltetes Gewebe zu bilden. Das Paar von derart gestalteten Geweben sorgt für eine größere Bandbreite, verringerte Verzerrung und größere horizontale Schallstreuung.
• Die Leistung des Wandlers wird außerdem dadurch verbessert, daß die Membran aus einem Polyvinyl-Fluorid-Film gebildet ist. Dieses Material weist überlegene Biegeeigenschaften auf, die den Frequenzgang in dem Hochtonbereich verbessern.
• Andere Verbesserungen schließen einzigartige Dämpfungspolster und Dämpfungsstreifen sowie eine Rahmengestalt auf, um die Klangwiedergabe weiter zu verbessern.
• Diese und andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen offensichtlich.
Beschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Wandlers gemäß der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des Wandlers entlang der Linie 2-2 von Fig. 1.
• Fig. 3 ist eine vergrößerte Mittelquerschnittsansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 2, die die Konfiguration einer Spule in schematischer Weise zeigt.
• Fig. 4 ist eine stark vergrößerte Ansicht eines Bereichs von Fig. 2, wo die Spule und Magnete des Wandlers angeordnet sind.
• Fig. 5 ist eine Seitenansicht der Gewebe.
• Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform des Wandlers.
• Fig. 7 ist eine Seitenansicht eines herkömmlichen Lautsprecherkonus, bei dem die Membran aus einem Polyvinyl-Fluorid-Film konstruiert ist.
Ausführliche Beschreibung
• Wenden wir uns nun insbesondere den Fig. 1 bis 4 zu. Ein Tonwandler gemäß der vorliegenden Erfindung ist allgemein mit 10 gekennzeichnet. Der hierin beschriebene Wandler ist zur Verwendung als ein Audio-Lautsprecher vorgesehen. Es versteht sich jedoch, daß die Verwendung des Wandlers nicht begrenzt und auch für ein Mikrophon geeignet ist und recht wirksam als ein solches funktioniert.
• Wandler 10 schließt einen Rahmen 12 mit einem doppeltoktogonal gestalteten Unterteil 14, einem doppeltoktogonal gestalteten Oberteil 16 und gegenüberliegende rechteckförinige Seitenteile 18, 20 ein, die die Ober- und Unterteile verbinden und daran starr befestigt sind. Es ist festgestellt worden, daß die in Abschnitte unterteilte Kante der Unter- und Oberteile 12 und 14 beim Losbrechen von Schallwellen, die vertikal von der Oberfläche der Gewebe 24 und 26 von einer zu beschreibenden Membran 22 ausgehen, wirksamer als eine gerade oder gekrümmte Kante ist. Diese Schallwellen, die auf eine glatte Oberfläche, wie z.B. eine Kurve, treffen, können bei bestimmten Wellenlängen absorbiert werden und somit die Signalverzerrung erhöhen. Der Rahmen 12 kann aus jedem geeigneten Material mit recht hoher Dichte und wünschenswerten akustischen Eigenschaften, wie z.B. Aluminium oder Spanplatte, konstruiert werden. Der Rahmen kann auch aus einem Spritzgußkunststoff gebildet werden. Es ist auch festgestellt worden, daß durch Verringerung der Masse des Rahmens 12 der Gestaltung nach dem Stand der Technik auf diejenige der vorliegenden Gestaltung die Materialresonanzfrequenz außerhalb des Frequenzbereichs des Wandlers 10 geschoben worden ist.
• Die Wandlermembran ist allgemein mit 22 bezeichnet und schließt in der vorliegenden Ausführungsform ein Paar von länglichen, federnden Geweben 24, 26 ein. Jedes Gewebe schließt flexible gekrümmte Abschnitte ein, die die Enden jedes Gewebes bilden und mit einer dazwischen befindlichen, im allgemeinen ebenen Fläche verbunden sind und sich davon erstrecken. Unter Bezugnahme auf Fig. 2 schließt das Gewebe 24 gekrümmte Abschnitte 24a, 24b und eine Mittelfläche 24c und das Gewebe 26 die gekrümmten Abschnitte 26a, 26b und eine Mittelfäche 26c ein. Die Mittelfächen 24c, 26c der zwei Gewebe sind in einer Verbindungsmittelfläche miteinander verbunden, wie z.B. mit einem Klebstoff 28, was am besten in den Fig. 3 und 4 gesehen werden kann. Die Verbindungsmittelfläche, oder Membranzwischenabschnitt kann als ein Zwischendurchhangabschnitt gedacht sein, wobei dieser im allgemeinen in der von der Fläche eingenommener Ebene beweglich ist.
• Die Verbindungsmittelfläche wird an dem Rahmen 12 durch die flexiblen gekrümmten Abschnitte an den Enden der Membran getragen. Wiederum bezugnehmend auf Fig. 2, erstreckt sich jeder der flexiblen gekrümmten Abschnitte 24a, 24b, 26a, 26b in einem Bogen von der Verbindungsmittelfläche, um in länglichen Schlitzen jeweils an fernliegenden, aber angrenzenden Rahmenaufnahmen 18a, 18b und anliegenden Aufnahmen 20a, 20b an dem äußeren Abschnitt der Vorder- und Hinterkanten der Teile 18, 20 zu enden. Die Aufnahme 18a ist im wesentlichen zur Aufnahme 18a durch die Mittelfläche, die von Gewebeabschnitten 24c, 26c gebildet wird, ausgerichtet. Die Aufnahme 18b ist in ähnlicher Weise zur Aufnahme 20b ausgerichtet. Es ist festgestellt worden, daß die verlängerte bogenförmige Konfiguration der Gewebe den Wandler nach dem Stand der Technik in wenigstens dreierlei Hinsicht verbessert: Der größere Bogen vermindert wesentlich die Reflektion von Wellen in dem Gewebe an der Rahmenrandaufnahme, um die Amplitudentreue zu verbessern; er senkt die Grenzfrequenz auf ungefähr 150 Hz; und er erhöht die horizontale Streuung von Schallwellen von 30º auf nahezu 180º. Die verbesserte, einzigartige Gewebegestalt verursacht, daß mehr von der Wellenbewegung in dem Gewebe in die Luft gestreut wird und weniger von der Bewegung zurück in das Gewebe reflektiert wird, um die Amplitudentreue zu verzerren. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Bögen der gekrümmten Gewebeabschnitte 24a und 24b halbkreisförmig und in entgegengesetzten Richtungen, um ein im wesentlichen zylinderförmig gestaltetes Gewebe 24 zu bilden. In ähnlicher Weise sind die Bögen der gekrümmten Gewebeabschnitte 26a und 26b halbkreisförmig und in entgegengesetzten Richtungen, um ein im wesentlichen zylinderförmig gestaltetes Gewebe 26 zu bilden. Es kann auch von Vorteil sein, daß verschiedene Kombinationen von Bögen verwendet werden, um die zylinderförmig gestalteten Gewebe zu bilden. Die Membrangewebe 24, 26 werden an jedem Ende an dem Rahmen 12 gesichert, indem jeder Endabschnitt 24d, 24e, 26d und 26e an einem Isolationsstreifen 29 befestigt wird, der sich entlang der Länge des länglichen Schlitzes an jeder Rahmenaufnahme 18a, 18b und 20a, 20b erstreckt. Diese Anordnung stellt sicher, daß Schwingungen, die von der Membran erzeugt werden, nur minimal auf den Rahmen übertragen werden, wodurch der Membran ermöglicht wird, das meiste ihrer Energie zum Erzeugen von Schallwellen zu verwenden. Der Isolationsstreifen 29 kann aus einem geeigneten erschütterungsfreien porösen oder fasrigen Material, wie z.B. Schaumgummi oder Filz, hergestellt sein. Die Streifen 29 sind für ein einfaches Auseinanderbauen entfernbar. Alternativ können die Endgewebeabschnitte direkt an den Rahmen geklebt sein.
• Bezugnehmend auf Fig. 3 und 4, ist eine Einrichtung, wie z.B. eine elektromagnetische Spule 30, an der Membranfläche 22 befestigt und im wesentlichen durch die Gewebe 24, 26 an ihren lockeren Zwischenabschnitten 24c, 26c eingeschlossen. Die Spule 30 ist eine längliche Schleifenspule in der vorliegenden Ausführungsform und enthält einen ansteigenden Abschnitt 30a, einen absteigenden Abschnitt 30b und jeweils einen oberen und unteren Querabschnitt 30c, 30d. Die Spule 30 kann aus 10 Windungen aus 36 Gauge-Silberdraht gebildet und direkt auf die Gewebeabschnitte 24c, 26c mit einem Klebstoff 28 geklebt sein. Die zwei Gewebeabschnitte 24c, 26c werden dann mit einem Klebstoff 29, der innerhalb des Inneren von Spule 30 plaziert ist, zusammengeklebt. Ein Paar von Leitungen 34, 36 von Spule 30 verläuft zu dem Rahmenseitenteil 18, wo sie jeweils in Verbindern 38, 40 enden, was am besten in Fig. 1 gesehen werden kann. Die Verbinder 38, 40 umfassen eine Einrichtung zum Verbinden der Spule 30 mit einer Signalquelle, wie z.B. ein Verstärker 46, um elektrische Impulse zwischen der Spule und der Quelle zu leiten. Der Verstärker 46 erzeugt Wechselstromimpulse, die proportional zu den Audiosignalen sind, wobei die Impulse die Polarität zwischen 20 und 20.000mal pro Sekunde verschieben.
• Zwei Sätze von entgegengesetzten Magneten 48, 50 sind in dem Inneren des Rahmens montiert und werden in Verankerungsnuten gehalten, die jeweils in das Unter- und Oberteil 14 geschnitten sind. Die Magnete 48, 50 können in Form von Stabmagneten oder, wie in der vorliegenden Ausführungsform, aus Keramikmagneten hoher Qualität (Strontiumferrit), die Standard in der Industrie sind, sein und mit einem Klebstoff stapelartig miteinander befestigt sind. Die Magnete müssen über ihre Hauptflächen, wie in Fig. 4 angezeigt, polarisiert sein, damit der Wandler geeignet funktioniert. Zwei Paare von magnetisch durchlässigen Platten 48N, 48S und 50N, 50S, die aus Kohlenstoffstahl mit geringem Kohlenstoffanteil (0,003 %) hergestellt sind, sind jeweils an den Hauptflächen der Magnete 48, 50 befestigt. Ein gegensinniges Magnetfeld wird durch Polarisieren der Platten 48N und 50N zu einem magnetischen Nordpol und Polarisieren der Platten 48S und 50S zu einem magnetischen Südpol aufgebaut. Die Platten erzeugen somit ein gegensinniges Magnetfeld, dessen Flußlinien normal zur Membranfläche 22 über einen in Fig. 4 gezeigten Spalt 51 sind. Die Magnete 48 und 50 werden von einem in Fig. 3 gezeigten Paar von nichteisenförmigen Abstandhaltern 52, 54 getrennt. Die Abstandhalter sind Kupferstäbe in der bevorzugten Ausführungsform, die den Abstand 51 zwischen den Magneten 48 und 50 erreichen. Bei dem vorliegenden Konstruktionsverfahren werden die Magneten 48, 50 durch Löcher, die in den Ober- und Unterteilen 14 und 16, wie z.B. das in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Loch 55, ausgebildet sind, eingesetzt. Diese Löcher können dann mit Filz (nicht gezeigt) abgeschlossen werden, um den Rahmen zu vervollständigen.
• Die Membranmittelfäche wird von oberen und unteren gummiartigen Schnüren 56, 58, 60, 62 getragen und zentriert, so daß die Spulenabschnitte 30a und 30b jeweils zu dem Magnetfeld, das von den benachbarten Platten, wie in Fig. 4 dargestellt, erzeugt wird, jeweils ausgerichtet sind. Jede Schnur ist an entgegengesetzten Enden an einem Neopren-Abstandhalter 64 gesichert, der an der äußeren Oberfläche jeder magnetisch durchlässigen Platte anheftet. Jede Schnur tritt durch eine Öffnung in der Fläche, die dimensioniert ist, um einen Festsitz zu schaffen, so daß die Schnur die Fläche sichert und trotzdem federnd trägt. Die Länge der Schnur auf jeder Seite der Fläche, wie mit 65 in Figur 2 gekennzeichnet, bestimmt die untere Frequenz, unterhalb derer der Frequenzgang der Membran gedämpft wird. Eine derartige Dämpfung ist wünschenswert, da der untere Frequenzgang in einer Membran eine größere Amplitude aufweist und gedämpft werden muß, um den Gesamtgang zu verbessern. Es ist festgestellt worden, daß eine Schnurlänge von 12,7 mm (0,5 Inch) wobei die Schnur 6,8 mm (0,25 Inch) von jeder Seite der Fläche weg befestigt ist, Frequenzen unterhalb von 100 Hz befriedigend dämpft.
• An jeder Seite des Mittelabschnitts der Teile 18 und 20 ist eine Einrichtung zum Dämpfen des Frequenzgangs der Membran oberhalb einer vorherbestimmten Grenzfrequenz befestigt. Diese Einrichtung kann Filzpolster 66, 68, 70, 71, die jeweils innerhalb des Bogens jedes gekrümmten Gewebeabschnitts 24s, 24b, 26a, 26b montiert sind, umfassen. Insbesondere ist ein Paar von Filzpolstern 66, 79 oder 68, 71 innerhalb der zylindrischen Oberfläche von jedem Gewebe 24, 26 angeordnet und an einer Kante an einem Seitenteil 18 oder 20 des Rahmens und an seiner entgegengesetzten Kante an den gestapelten Magneten befestigt. Jedes dieser Polster ist vorzugsweise dimensioniert, um der Gewebehöhe zu entsprechen, und erstreckt sich im wesentlichen von der Membranmittelfläche zu jeder der fernliegenden Rahmenaufnahmen 18a, 18b, 20a und 20b. Die Dämpfungspolster 66, 68, 70 und 71 dämpfen Schallwellen, die innerhalb jedes zylinderförmig gestalteten Gewebes oberhalb einer vorherbestimmten Grenzfrequenz erzeugt werden. Diese Schallwellen überlagern sich andernfalls mit den Wellen in dem Gewebematerial, wodurch ein Verstärken und Löschen verschiedener Wellen bewirkt wird. Jedoch unterhalb einer vorherbestimmten Frequenz sind derartige interne Schaliwellen wünschenswert, um Wellen niedriger Frequenz zu verstärken. Die Polster 66, 68, 70, 71 sind gewählt, um die Wellengeschwindigkeit auf einen Betrag zu verlangsamen, bei dem eine derartige Verstärkung eintritt. Es ist experimentell festgestellt worden, daß Filz mit einem Wollgehalt von wenigstens 80 % den Frequenzgang oberhalb von 500 bis 700 Hz dämpft, während die Wellengeschwindigkeit ausreichend verlangsamt wird, um den unteren Frequenzgang zu verstärken.
• Der vorliegende Wandler, der am besten in Fig. 1 zu sehen ist, wird einen von der speziellen Wandlergröße und dem verwendeten Material abhängigen Frequenzgang aufweisen. Wie in den Fig. 1 und 5 gezeigt, sind parallele Streifen von Dämpfungsband 73 an vorherbestimmten Orten auf der Innenseite jedes gekrümmten Gewebeabschnitts 24a, 24b, 26a und 26b angeheftet. Die Bandstreifen, die vorzugsweise aus einer gewebten Glasfaser, wie sie z.B. in Paketband vorliegt, hergestellt sind, helfen beim Glätten der Amplitudentreue und vermindern harmonische Verzerrung, die sich aus der Resonanzfrequenz der Vorrichtung und ihren mehrfachen ergibt. Beste Ergebnisse wurden mit einer Dämpfungsbandmasse von ungefähr einem Drittel der Masse der Membran 22 erzielt, das in Streifen geteilt ist, die äquidistant von der Nähe des Endes jedes Gewebeabschnitts zur Kante der Mittelmembranfläche beabstandet sind. Während drei parallele Dämpfungsstreifen gezeigt sind, ist es auch möglich, daß eine erhöhte Anzahl von parallelen Dämpfungsstreifen, die äquidistant aber enger zusammen beabstandet sind, auch gut arbeitet.
• Wenden wir und nun dem Fig. 2 bis 5 zu. Die Arbeitsweise des Wandlers 10 wird jetzt genau erklärt. Ein elektrischer Impuls, der bei den Verbindern 38, 40 eintrifft, wird zur Spule 30 übertragen. Da die Spule 30 eine kontinuierliche Schleife ist, wird ein Stromfluß in der Spule aufgebaut, wodurch ein Magnetfeld um die Spule herum erzeugt wird. Ein Stromfluß wird in der Spule 30 von Fig. 4 durch Strömungsanzeiger repräsentiert, die den Strom in die Zeichnung bei 30b hinein- und aus der Zeichnung bei 30a herausgehend zeigen. Magnetflußlinien zwischen den Platten 48N und 50S werden durch Pfeile 76 und der Magnetfluß zwischen den Platten 50N und 48S durch die Pfeile 78 gekennzeichnet.
• Die Anordnung der Platten auf beiden Seiten der Magneten 48, 50 erzeugt ein gleichförmiges äußeres Magnetfeld durch den Draht von Spule 30. Da ein Strom durch die Spule 30 tritt, werden resultierende Linien magnetischer Induktion aufgebaut, die im wesentlichen ein Feld in Uhrzeigerrichtung um die absteigende Schleife 30b und ein Feld entgegen der Uhrzeigerrichtung um die aufsteigende Schleife 30a bilden.
• Die Bewegung eines geladenen Drahtes innerhalb eines Magnetfeldes wird durch die Stromrichtung in dem Draht relativ zu den Linien des Magnetfeldes bestimmt. An jedem Punkt, wo sich die zwei Felder treffen, wird die resultierende magnetische Induktion die Vektorsumme des äußeren Feldes und des Feldes der magnetischen Induktion verbunden mit dem Strom in dem Draht sein.
• In der dargestellten Situation weist der Verstärker 46 eine "positive" Leitung, die mit einer Verbindung 38 verbunden ist und eine "negative" Leitung auf, die mit einer Verbindung 40 verbunden ist. Das führt zu einem wie in Fig. 4 dargestellten Stromfluß. Unter dem Einfluß des von dem Verstärker 46 erzeugten Stroms wird die Spule 30 dazu neigen, sich in die durch Pfeil 84 gekennzeichnete Richtung zu bewegen. Wenn der Verstärker den Stromfluß alterniert, kehrt sich der Stromfluß in der Spule 30 um, wodurch die Spule und die Membran in eine Richtung entgegen derjenigen von Pfeil 84 bewegt werden.
• Es sollte für den Fachmann ersichtlich sein, daß dort, wo die Spule 30 von einem einzelnen, nichtgegensinnigen Magnetfeld umgeben wird, das Ergebnis eines Stroms, der durch die Spule 30 tritt, eine Drehbewegung der Spule um ihre Hauptachse anstatt einer Linearbewegung der Spule, wie sie durch die Anordnung der vorliegenden Erfindung erzeugt wird, sein würde.
• Der Verstärker 46 erzeugt einen Strom mit variierender Amplitude, wodurch ein resultierendes induziertes Feld um die Spule 30 variierender Amplitude erzeugt wird. Das Ergebnis ist eine Schwingung der Spule 30 und eine resultierende Schwingung der Membran 22 variierender Bewegungsentfernung relativ zu den dauerhaften gegensinnigen Magnetfeldern, die durch die Magnete 48 und 50 aufgebaut werden. Eine Abnahme in der Stromamplitude innerhalb der Spule 30 führt zu einem Zusammenbruch des induzierten Magnetfeldes und erzeugt eine resultierende Bewegung in der Spule 30 und der Membran 22 in eine zu der von Pfeil 84 gezeigten entgegengesetzten Richtung.
• Somit ist, wie durch die Phantomlinien in Fig. 4 gezeigt, die Membran 22 frei, um sich entlang ihrer flexiblen gekrümmten Abschnitte als Antwort auf eine durch die Spule 30 induzierte Bewegung zu verformen. Die Bewegung der Membran in die Richtung des Pfeils 84 führt dazu, daß die Membran 22 die durch die Strich-Doppelpunkt-Linie 86 dargestellte Gestalt annimmt, während eine Bewegung der Membran entgegen derjenigen von Pfeil 84 zu der durch die Strich-Punkt-Linie 88 gezeigten Konfiguration führt. Eine Bewegung der Membran zwischen diesen zwei repräsentativen Positionen wird durch eine lineare walzenartige Arbeitsweise erreicht, indem die flexiblen gekrümmten Endabschnitte sich in einem Maße verformen, während die bewegliche Zwischenfläche im wesentlichen gebogen bleibt und fortfährt, sich innerhalb einer Ebene zu bewegen, die durch die Mittelfläche der Membran definiert wird. Anders als bei der in meinem US-Patent Nr. 4,584,439 beschriebenen Ausführungsform nimmt hierin die Walzbewegung im wesentlichen ab, da sich die Membran in Richtung der fernliegenden Rahmenaufnahmen 18a, 18b und 20a, 20b biegt. Die zusätzliche Ausdehnung der Membran 22 minimiert somit eine Wellenreflektion und bessert die Amplitudentreue.
• Die verbesserte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist getestet worden und es ist herausgefunden worden, daß sie einen im wesentlichen glatten Frequenzgang von ungefähr 150 Hz bis 20 kHz mit einer harmonischen Verzerrung von weniger als 1 % aufweist. Dieser Wert steht bei einem Vergleich mit der harmonischen Verzerrung von 5 bis 10 % bei herkömmlichen Lautsprechern hoher Qualität günstig dar. Zusätzlich ist herausgefunden worden, daß der Wandler 10 eine nominale Impedanz von 5 Ohm aufweist und befriedigend bei einer Leistungseingabe zwischen 15 und 300 Watt arbeitet.
• Zusätzlich zu dem im wesentlichen zylinderförmig gestalteten Gewebe besteht ein weiterer Hauptgrund für die verbesserte Leistung des Wandlers 10 in der Verwendung eines Polyvinyl- Fluorid (PVF)-Films, wie z.B. TEDLAR, der von E. I. DuPont Co. hergestellt wird, beim Ausbilden der Membrangewebe 24, 26. Es ist entdeckt worden, daß der PVF-Film überlegende Biegeeigenschaften für Wandlermembranen aufweist. Der PVF-Film liefert einen viel "glatteren" Frequenzgang in dem Hochfrequenzbereich, 8 kHz bis 20 kHz, als vorher verwendete Materialien, wie z.B. Mylar. Zum Beispiel wurde eine Amplitudenvariation über dem Hochfrequenzbereich von 12 dB mit Mylar auf weniger als 1 dB mit dem PVF-Film verringert. Dieses Material liefert somit einen Klang, der nicht die "harten" oder "hellen" Eigenschaften zeigt, die typisch für den von Wandlern in diesem Frequenzbereich erzeugten Klang sind. Weiterhin kann der PVF- Film in andere Membrangestalten, wie z.B. kuppel- oder konusförmig gestaltete Membranen, von denen eine als 98 in einem herkömmlichen Lautsprecher 100 in Fig. 7 gezeigt ist, wärmegeformt werden. Ein Vorteil des PVF-Films besteht darin, daß er verwendet werden kann, um Membranen sowohl in Wandlern, die auf einer Magnetfeldwirkung basieren, als auch in Wandlern verwendet werden kann, die auf einer elektrostatischen Wirkung basieren.
• Mit der vorliegenden Erfindung kann eine Mehrzahl von Wandlern 10 in einem einzigen Gehäuse untergebracht werden. Da der Wandler 10, wenn er als ein Lautsprecher verwendet wird, Schallwellen beidseitig abstrahlt, kann es wünschenswert sein, Schallschlucken in einem Lautsprechergehäuse einzuschließen, um "tote Zonen" zu verhindern, die sich aufgrund von Schallwellenlöschung an bestimmten Punkten in dem Hörraum ergeben können. Jedoch, wenn der Wandler als ein Mikrophon verwendet wird, ist er in zwei Richtungen empfindlich, wodurch sich ein Mikrophon mit einem Achterfigur-Empfindlichkeitsmuster ergibt.
• Der Wandler kann mit Membrangeweben variierender Dicke und Spulen variierender elektrischer Eigenschaften konstruiert werden, um einen Wandler herzustellen, der innerhalb vorherbestimmter Frequenzbereiche antworten wird. Mehrere Wandler mit unterschiedlichen Klangwiedergabeeigenschaften können in einem einzelnen Lautsprechergehäuse untergebracht und mittels einer einfachen Frequenzweiche verbunden werden, um auf elektrische Impulse zu antworten, die einen bestimmten Frequenzbereich repräsentieren.
• Die Gesamtkonstruktion des Wandlers ermöglicht die Herstellung der Einheiten, ohne die Komponententeile kompliziert und hochgenau anordnen zu müssen. Die Komponententeile sind sofort verfügbar und ermöglichen mit einfachen Konstruktionstechniken eine Produktion mit minimalen finanziellen Ausgaben.
• Wenn der Wandler zur Verwendung als ein Mikrophon konstruiert wird, werden die Membrangewebe aus einem PVF-Film und die Spule aus einem 50 Gauge-Silberdraht ausgebildet.
• Nachdem die Prinzipien der Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt und beschrieben wurden, sollte es für den Fachmann ersichtlich sein, daß die Erfindung in der Anordnung und in Einzelheiten modifiziert werden kann, ohne von derartigen Prinzipien abzuweichen. Z.B. zeigt Fig. 6 eine weitere Ausführungsform des Wandlers 10, bei der ein zusätzliches Gewebe 96 hinzugefügt worden ist und, wie angegeben, zeigt Fig. 7 die Membran 98 aus einem PVF-Film in einem herkömmlichen Lautsprecher 100, der sowohl ein auf Magnetwirkung als auch ein auf elektrostatischer Wirkung basierender Typ sein kann. Wir beanspruchen alle Modifikationen, die sich innerhalb der Idee und des Umfangs der folgenden Ansprüche bewegen.

Claims (10)

1. Tonwandler mit einem Rahmen (12), einer Membran (22), die ein Paar von länglichen federnden Geweben (24, 26) mit miteinander verbundenen Abschnitten aufweist, die sich im wesentlichen in einer Ebene erstrecken, wobei die Fläche in der Richtung der Ebene beweglich ist, Spuleneinrichtungen (30), die sich an die Fläche der Membran (22) anschließen, magnetischen Einrichtungen (48, 50) zum Erzeugen von entgegengesetzten Nagnetfeldern, die sich senkrecht zur Fläche erstrecken, und Verbindungseinrichtungen (34, 36) um elektrische Impulse zu den Spuleneinrichtungen zu leiten, wobei jedes Gewebe (24, 26) flexible gekrümmte Abschnitte (24a, 24b, 26a, 26b) aufweist, die sich von der Fläche in einem Bogen zu fernliegenden Rahmenaufnahmen (18, 20) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (24d, 24e, 26d, 26e) der gekrümmten Abschnitte (24a, b; 26a, b) von jedem Gewebe (24, 26) durch die Fläche (24c, 26c) zu den entsprechenden Enden der gekrümmten Abschnitte des anderen Gewebes (26, 24) an der anderen fernliegenden Rahmenaufnahme (18a, 18b, 20a, 20b) im wesentlichen ausgerichtet sind.

2. Tonwandler nach Anspruch 1, worin jedes Gewebe (24, 26) einen Zwischenabschnitt einschließt, die miteinander verbunden sind, um die Fläche zu bilden, und jedes Gewebe (24, 26) entgegengesetzte gekrümmte Abschnitte (24a, 24b, 26a, 26b) aufweist, die mit dem Zwischenabschnitt verbunden sind, wobei die gekrümmten Abschnitte (24a, 24b, 26a, 26b) sich von jedem Gewebe (24, 26) von dem Zwischenabschnitt in entgegengesetzten Bögen erstrecken und an den benachbarten Rahmenaufnahmen (18a, 18b, 20a, 20b) festmachen, um ein im wesentlichen zylinderförmiges Gewebe (24, 26) zu bilden.

3. Tonwandler nach Anspruch 1 oder 2, der Dämpfungseinrichtungen (66, 68, 70, 71) einschließt, die an dem Rahmen (12) innerhalb des Bogens von jedem Gewebe (24, 26) zum Dämpfen des Frequenzgangs der Membran (22) oberhalb einer vorherbestimmten Abschneidefrequenz montiert ist.

4. Tonwandler nach Anspruch 3, worin die Dämpfungseinrichtung (66, 68, 70, 72) eine Filzdichtung (66, 68, 70, 71) innerhalb des Bogens von jedem Gewebe (24, 26) umfaßt, wobei die Filzdichtung (66, 68, 70, 71) dimensioniert ist, um sich im wesentlichen von der Fläche zur fernliegenden Rahmenaufnahme (18a, 18b, 20a, 20b) zu erstrecken.

5. Tonwandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, der eine gummiartige Aufhängeschnur (56, 58, 60, 62) einschließt, die sich durch eine Fläche zum Dämpfen des Frequenzgangs der Membran (22) unter einer vorherbestimmten Frequenz erstreckt, wobei die Schnur (56, 58, 60, 62) in einer vorherbestimmten Entfernung auf jeder Seite der Fläche befestigt ist, um das Ausmaß an Flächenbewegung in die Richtung der Ebene als Antwort auf elektrische Impulse zu steuern.

6. Tonwandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin die Gewebe (24, 26) jeweils aus einem Polyvinylfluorid- Film gebildet sind.

7. Tonwandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, der Dämpfungsstreifen (29) einschließt, die an dem Ende des gekrümmten Abschnitts (24a, 24b, 26a, 26b) von jedem Gewebe (24, 26) befestigt sind, um harmonische Deformation der Membran (22) zu begrenzen.

8. Tonwandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin jedes Gewebe (24, 26) sich von der Fläche in wenigstens einem halbkreisförmigen Bogen zur fernliegenden Rahmenaufnahme (18a, 18b, 20a, 20b) erstreckt.

9. Tonwandler nach Anspruch 8, worin die Membran (22) ein Paar von zylinderförmigen Geweben (24, 26) umfaßt.

10. Druckwandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin der Rahmen (12) untere und obere Elemente (14, 16) einschließt, die eine in Abschnitte geteilte Kante aufweisen, um Deformation zu minimieren.