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Elektrodynamisches Gerät.
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrodynamisches Gerät, das im besonderen als Hörer, Mikrophon od. dgl. Verwendung findet. Der Zweck der Erfindung ist, ein Gerät, insbesondere einen Hörer zu schaffen, der für Postzwecke benutzt werden soll. Das Gerät ist in an sich bekannter Weise mit einer am Rande eingespannten, durch eine Schwingspule angetriebenen Membran versehen.
Die Hörer für Postfernsprechbetrieb arbeiteten bisher nach dem magnetischen Prinzip ; d. h. in möglichst geringem Abstand vom Magnetpol, auf welchem die sprechstromdurchflossenen Wicklungen sitzen, ist eine Membran aus magnetisierbarem Stoff, z. B. Eisen od. dgl., angeordnet. Die Neigung, insbesondere zu nichtlinearen Verzerrungen, welche vorwiegend durch den variablen Abstand der Membran von den Polflächen, vor allem bei grossen Amplituden, bedingt ist, hatte schon vor längerer Zeit Veranlassung gegeben, Hörer mit besonderem Eisenanker herzustellen bzw. die symmetrischen und Freischwingersysteme zu benützen, ähnlich wie sie im Lautsprecherbau Eingang gefunden haben.
Wenn auch hiedureh gewisse Vorteile erzielt wurden, so waren diese doch nicht so erheblich, dass sie die verhältnismässig hohen Kosten derartiger Spezialausführungen rechtfertigen konnten. Im übrigen war das wiedergegebene Frequenzband relativ schmal und übertraf nicht wesentlich dasjenige der ersterwähnten Ausführungen, so dass praktisch und dabei nicht einmal verzerrungsfrei nur das Frequenzband von einigen 100 bis etwa 3500 Hertz wiedergegeben wurde.
Der Widerstand für magnetische Kopfhörer, die in Fernsprechnetzen benutzt werden, beträgt im allgemeinen etwa 60 Ohm. Es ist aber im Postfernsprechbetrieb unvermeidlich, dass ständig eine grössere Anzahl von Hörern parallel geschaltet ist, wodurch sich ein unverhältnismässig grosser Energieverbrauch ergibt, der den gesamten Sprechbetrieb eines Fernsprechamtes stark belastet.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, elektrodynamische Hörer zu benutzen. Der Aufbau dieser Hörer erfolgte auf Grund der Erkenntnisse und Erfahrungen, die bei elektrodynamischen Lautsprechern gemacht wurden. Es sind im Laufe der Jahre eine ganze Reihe verschiedenartiger elektrodynamischer Hörer angegeben worden, welche die geschilderten Nachteile vermeiden und eine neue Ära des Kopfhörerbaues ermöglichen sollten. Man hat hiefür z. B. auch recht komplizierte Membrananordnungen eingesetzt, um die notwendige Rückstellkraft zu erhalten und insbesondere Partialschwingungen und Kombinationstöne zu vermeiden, die den meisten Anordnungen mehr oder weniger anhaften und naturgemäss bei einfacher geometrischer Verkleinerung der im Lautsprocherbau üblichen Mittel sich recht störend bemerkbar machen können.
Besonders bekannt geworden sind kombinierte Membranen, die beispielsweise aus der Vereinigung von zwei Kegelflächen oder einer solchen mit einer Kalottenfläche gebildet wurden. Ferner so gestaltete Membranen, dass sich zwischen dieser und einer festen Gegenfläche ein Luftpolster ausbildete, um Partialsehwingungen, also nichtlineare Verzerrungen zu vermeiden. Diese Anordnungen haben trotz des verhältnismässig komplizierten teuren Aufbaues den gewünschten Erfolg nicht erzielen lassen, ganz abgesehen davon, dass eine verhältnismässig grosse Energie zum Betriebe notwendig war.
Man war infolgedessen dazu übergegangen, ähnlich dem Bandlautsprecher, zwischen den Magnetpolen ein sprechstromdurchflossenes, sehr dünnes Aluminiumbändchen anzuordnen, wobei es jedoch schwierig, bzw. unmöglich war, die Anordnung in dem relativ kleinen Raum einer Hörerkapsel unterzubringen, ganz abgesehen davon, dass auch diese Ausführung einen verhältnismässig grossen Strombedarf erforderte.
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Die oben erwähnten Nachteile werden durch die Erfindung behoben. Zwecks optimalen Wiedergabeeffektes bei geringstem Energiebedarf werden in dem elektrodynamischen Gerät gemäss vorliegender Erfindung mehrere Merkmale vereinigt, die unten angegeben sind.
Versuche haben gezeigt, dass durch die unten angegebene Vereinigung solcher Merkmale ein Hörer geschaffen wird, der Frequenzen von 80-8000 Hertz lautstark und vollkommen verzerrungsfrei wiedergibt, wobei ausserdem noch der Stromverbrauch ein Bruchteil des Stromverbrauches für die bisher verwendeten Hörer für Postfernspreehzweeke ist. Die Versuche haben gezeigt, dass die erzielte Gesamtwirkung weit über die erwartete Summe der Einzelwirkungen, die durch die Einzelmerkmale hervorgerufen werden können, hinausgeht.
Der Erfolg, der mit dem elektrodynamischen Gerät nach der Erfindung erreicht wurde, ist derart überragend, dass er weder auf Grund theoretischer Überlegungen noch nach den bisher in der Praxis gemachten Erfahrungen vorauszusehen war.
Wesentlich ist noch, dass der Hörer gemäss der Erfindung mit verhältnismässig einfachen billigen Mitteln räumlich derart klein ausgeführt werden kann, dass er in jeder normalen Hörerdose, Kapsel od. dgl. leicht unterzubringen ist.
Die Merkmale, durch welche die überraschende Wirkung hervorgerufen wird, sind :
1. Die Membran ist derart weich gehaltert, dass sie kolbenartig d. h. mit überwiegender Trägheithemmung schwingt.
2. Die Membran hat eine Schwingspule, deren Widerstand, den eines normalen Posthörers wesentlich übersteigt.
3. Es wird ein auf die Spule einwirkendes permanentes Magnetfeld venvendet, dessen unterste Kraftliniendichte 1500 Gauss ist.
4. Das Hörergehäuse ist derart mit Öffnungen bzw. Ausnehmungen versehen, dass eine möglichst allseitige freie Schallabstrahlung erfolgt.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, eine Membran möglichst weich zu haltern, so dass sie kolbenartig schwingt. Dabei wurde aber bisher nicht beachtet, dass die Membran auch tatsächlich nach allen Seiten freie Schallabstrahlung haben muss, vielmehr wurden die Vorteile der weichen Halterung durch das die Membran umgebende Gehäuse, welches eine freie Schallabstrahlung behinderte, wieder aufgehoben. Bei dem Versuch, diesen Nachteil teilweise zu beseitigen, war es dann notwendig, die Antriebsenergie für die Membran zu erhöhen, d. h. den Ohmschen Widerstand der Schwingspule zu verringern. Es ergab sich somit ein weiterer Nachteil, ohne dass der zuerst genannte Nachteil vollkommen beseitigt werden konnte.
Wenn nun eine weich gehalterte Membran mit einer Spule, deren Widerstand den Widerstand eines normalen Posthörers übersteigt, in einem derartigen Gehäuse untergebracht ist, das eine freie allseitige Sehallabstrahlung der Membran zulässt, dann ist bisher noch nicht erkannt worden, dass ausserdem ein starkes permanentes Magnetfeld erforderlich ist, dessen unterste Kraftliniendichte 1500 Gauss ist. In der Praxis wird eine Kraftliniendichte von 2000-2500 Gauss und mehr verwendet, um einen Tonfrequenzbereich von 80-8000 Hertz und eine lautstarke Wiedergabe zu erreichen, wobei für die Energieaufnahme nur ein Bruchteil des Stromes selbst eines besonders hochwertigen magnetischen Hörers benötigt wird.
Es ergibt sich somit die überraschende Tatsache, dass bei geringerem Stromverbrauch das Gerät gegenüber den bisher bekannten Geräten, insbesondere Hörern, wesentlich lautstärker wird und ausserdem noch einen wesentlich höheren Frequenzbereich umfasst. Es trägt dazu noch die besondere Dimensionierung der Schwingspule und deren Wicklungen bei. Es werden mehrere Lagen, z. B. etwa sieben, eines sehr dünnen Drahtes von 0-035-0-04 mm Durchmesser auf die Schwingspule aufgebracht. Der Spulendurchmesser ist entsprechend der Amperewindungszahl bemessen.
Die Versuche haben ergeben, dass mit dem Widerstand der Schwingspule auf 230 Ohm und noch höher gegangen werden kann.
Um den erfindungsgemässen Effekt zu erzielen, ist es jedoch unbedingt erforderlich, für eine möglichst freie, ungehemmte Schallabstrahlung von der Membran, die tunlichst rein kolbenförmig arbeiten soll und bei der infolgedessen jede Partialschwingung und Kombinationstonbildung vermieden werden soll, Sorge zu tragen. Jede Luftkompression, Luftpolsterung od. dgl., welche die Naturtreue der Wiedergabe ungünstig beeinflussen könnte, ist nachteilig und muss daher vermieden werden.
Infolgedessen kann das Gehäuse, in welches der erfindungsgemäss elektrodynamische Kopfhörer einzuschliessen ist, um diesen gegen mechanische Einflüsse zu schützen, so ausgeführt werden, dass eine Schallabstrahlung nach vorwärts und rückwärts stattfinden kann. Der Vorder-und Hinterdeckel, gegebenenfalls aber auch die beiden Seitenwandungen müssen daher mit entsprechend gross bemessenen Aussparungen versehen bzw. durch Siebe oder ähnliche Vorrichtungen abgeschlossen werden.
Um nun anderseits zu verhindern, dass durch die relativ grossen Öffnungen Fremdkörper, wie insbesondere auch Staub, in das Innere des Kopfhörers eindringen, sich vor allem auf die Membran niederschlagen und deren Funktion beeinträchtigen, findet noch eine weitere Abschliessung durch dünne Gaze, Kunstseide od. dgl. statt, welche die Schallabstrahlung praktisch nicht merklich hindert.
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umgebenden Gehäuses 4 ausfüllt und ausserdem noch mit Ausnehmungen bzw. Einschnürungen 6 versehen ist, woraus sich die oben genannten Vorteile ergeben. Der permanente Magnet wird von einem Halterungsring 6 umgeben ; dieser Ring kann aus Spritzguss od. dgl. bestehen. Der Magnet 1 wird durch den Ring 6 zum Gehäuse 4 durch Rippen oder Stege 7 abgestützt.
Auf diese Weise ist dafür Sorge getragen, dass der Magnet gewissermassen frei im Gehäuse hängt, so dass Ausnehmungen gebildet werden, die derart geformt sind, dass eine sich schädlich auswirkende Luftkompression auf jeden Fall verhindert wird.
Mit 8 ist die Membran bezeichnet, die eine konvexe Gestalt besitzt und in gewissem Sinne spiegelsymmetrisch zur Form des permanenten Magneten angeordnet ist. Die Membran wird am Ring 6 durch einen besonderen Sprengring 9 gehalten und trägt in der Mitte den Schwingspulenzylinder 10, auf dem die Schwingspule 11 sitzt. Die Schwingspule mit ihrem Träger und auch die Membran sind zusätzlich noch durch eine sogenannte Spinne 12 unter Verwendung von Trägern 1. 3 auf der ebenen Fläche des permanenten Magneten 1 abgestÜtzt.
Nach oben zu wird das gesamte System ganz oder teilweise durch ein Sieb 14 abgedeckt. Die Zuführungsleitungen der Schwingspule laufen durch Rohrführungen 7J und Öffnungen 16 in der Gehäusewandung nach aussen.
Die Fig. 1 lässt im besonderen deutlich erkennen, dass durch die freie Aufhängung des Magnetsystems innerhalb des Gehäuses, durch die Anbringung mehrerer Öffnungen 16 und durch die Siebabdeckung 14 eine freie und ungehinderte Schallabstrahlung ermöglicht wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrodynamisches Gerät, das im besonderen als Hörer, Mikrophon od. dgl. Verwendung findet, mit einer am Rande eingespannten, durch eine Sehwingspule angetriebenen Membran, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks optimalen Wiedergabeeffektes bei geringstem Energiebedarf die Membran derart weich gehaltert ist, dass sie kolbenartig, d. h. mit überwiegender Trägheitshemmung schwingt, eine Schwingspule aufweist, deren Widerstand den eines normalen Posthörers wesentlich übersteigt, ein auf die Spule einwirkendes permanentes Magnetfeld, dessen unterste Kraftliniendichte 1500 Gauss beträgt, verwendet wird und das Kopfhörergehäuse derart mit Öffnungen bzw. Ausnehmungen versehen ist, dass Luftkompressionen im Inneren des Gehäuses tunlichst vermieden werden.