AT414069B

AT414069B - ELECTRIC ACOUSTIC CONVERTER FOR EXTREME PRESSURE LOADS

Info

Publication number: AT414069B
Application number: AT71799A
Authority: AT
Inventors: Bernhard Ing Bruna
Original assignee: Akg Acoustics Gmbh
Priority date: 1999-04-22
Filing date: 1999-04-22
Publication date: 2006-08-15
Also published as: JP2000333290A; EP1047284A3; EP1047284A2; ATA71799A

Description

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Die Erfindung betrifft einen elektroakustischen Wandler mit einer Membrane, die einen Zentralteil und einen Randteil aufweist und eine an deren Übergangsbereich direkt oder indirekt befestigte Spule die in einen ringförmigen Spalt zwischen zwei Jochteilen ragt und mit einer mechanischen Abstützung für die Membrane. 5The invention relates to an electroacoustic transducer with a diaphragm having a central part and a peripheral part and a directly or indirectly attached to the transition region coil which projects into an annular gap between two yoke parts and with a mechanical support for the membrane. 5

Ein derartiger Wandler ist aus der US 4 3 99 334 A bekannt. Bei dem vorbekannten Wandler ist die mechanische Abstützung an der membranen Seite vorgesehen, die der Spule gegenüber liegt. Der Zweck dieser Abstützung ist es ein zu großes Ausschlagen der Membrane zu verhindern, da dabei die Gefahr besteht, dass die Spule zur Gänze aus dem ringförmigen Spalt zwi-io sehen den Jochteilen gelangt und beim Zurückfedern nicht wieder in den Spalt sondern gegen einen der Jochteile schlägt und dadurch beschädigt wird.Such a transducer is known from US 4,399,334 A. In the known converter, the mechanical support is provided on the membrane side, which lies opposite the coil. The purpose of this support is to prevent excessive deflection of the membrane, since there is a risk that the coil completely from the annular gap zwi-see see the yoke parts and when spring back not back into the gap but against one of the yoke parts beats and gets damaged.

Eine andere mechanische Abstützung ist bei einem elektroakustischen Wandler aus der DE 39 35 786 A bekannt: Dabei hat diese Druckschrift Lautsprecher mit metallischer Membran 15 als Grundlage, wobei der Frequenzgang verbessert werden soll. Dies geschieht gemäß dieser Druckschrift dadurch, dass in den zentralen Bereich der Membrane ein elastisch verformbarer Körper, beispielsweise eine Schaumstoffplatte angeklebt wird, durch die im Hochfrequenzbereich der sogenannte Resonanzpeak vermieden wird. 20 Schließlich ist von einem Kondensatormikrofon aus der US 3 930 128 A bekannt das lästige und in vielen Fällen sogar das Mikrofon zerstörende Ankleben der Membrane an der Elektrode bei Auftreten von großen Deformationen der Membrane dadurch zu verhindern, dass an der Elektrode ungeladene Vorsprünge in Richtung zur Membran ragend vorgesehen sind um einen direkten Kontakt zwischen Membran und Elektrode zuverlässig zu verhindern. 25Another mechanical support is known from DE 39 35 786 A in the case of an electroacoustic transducer: In this case, this publication has loudspeakers with metallic diaphragm 15 as the basis, the frequency response being to be improved. This is done according to this document in that in the central region of the membrane, an elastically deformable body, for example, a foam plate is adhered, is avoided by the so-called resonance peak in the high frequency range. Finally, it is known from a condenser microphone of US 3,930,128 A to prevent the annoying and in many cases even the microphone destructive sticking of the membrane to the electrode in case of large deformations of the membrane characterized in that at the electrode uncharged projections in the direction of Membrane protruding are provided to reliably prevent direct contact between the membrane and the electrode. 25

Beim Auftreffen extremer Druckstöße auf die Membrane kann es nun zu Problemen mit der mechanischen Stabilität der Membrane kommen. Ein weiteres Problem liegt darin, daß für viele Anwendungen die Widerstandskraft elektronischer Geräte gegen den Einfluß von Wasser in letzter Zeit stark erhöht wurde, dies bei tragbaren Telefonen, Mikrofonen etc. aber nicht ohne 30 Änderungen (Schutzhüllen oder besondere Ausgestaltung) möglich war, die den Gebrauchswert des Gegenstandes im „Normalbetrieb“ wesentlich herabsetzten.When extreme pressure surges hit the membrane, problems can occur with the mechanical stability of the membrane. Another problem is that for many applications, the resistance of electronic devices against the influence of water has recently been greatly increased, this was in portable phones, microphones, etc. but not without changes (protective covers or special design) was possible, the Use value of the object in "normal operation" significantly reduced.

Die Erfindung zielt darauf ab, einen elektroakustischen Wandler zu schaffen, der die aufgezeigten Nachteile nicht aufweist und sowohl gegenüber extremen Druckstößen als auch gegenüber 35 Wasser stabil ist.The invention aims to provide an electroacoustic transducer which does not have the disadvantages and is stable against both extreme pressure surges and water.

Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben dadurch gelöst, dass die mechanische Abstützung im Raum zwischen dem Zentralteil und dem zugehörigen Jochteil im Abstand von der Membrane angeordet ist. 40According to the invention, these objects are achieved in that the mechanical support is angeordet in the space between the central part and the associated yoke part at a distance from the membrane. 40

Auf diese Weise wird das normale Funktionieren des Wandlers nicht beeinträchtigt, jede abnorme Deformation der Membran aber zuverlässig vermieden.In this way, the normal functioning of the transducer is not affected, but reliably prevents any abnormal deformation of the membrane.

In der Ausgestaltung in vorgesehen, daß die Fläche der Abstützung zumindest 25% der Fläche 45 des Jochteils beträgt. Dies stellt sicher, daß die Abstützung flächig wirkt und es zu keiner lokalen Beschädigung der Membrane kommt.Provided in the embodiment in that the surface of the support is at least 25% of the surface 45 of the yoke part. This ensures that the support acts flat and there is no local damage to the membrane.

In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Fläche der Abstützung zumindest 50% der Fläche des Jochteils beträgt. Dadurch kann die Sicherheit gegen lokale Beschädigungen so weiter erhöht werden.In a further embodiment, it is provided that the surface of the support is at least 50% of the area of the yoke part. As a result, the security against local damage can be further increased.

In einer Variante ist vorgesehen, daß der Abstand zwischen dem Zentralteil der Membrane und der Stützfläche kleiner ist, als es der Elastizitätsgrenze der Membrane entspricht. Durch dieses nicht vollständige Ausnutzen der Elastizitätsgrenze, wird eine Sicherheit gegenüber den 55 Herstellungs- und Montagetoleranzen und dem Altern der Membrane geschaffen. 3In a variant, it is provided that the distance between the central part of the membrane and the support surface is smaller than corresponds to the elastic limit of the membrane. This incomplete utilization of the elastic limit provides security against the manufacturing and assembly tolerances and the aging of the membrane. 3

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In einer anderen Variante ist vorgesehen, daß der Abstand zwischen dem Zentralteil der Membrane und der Stützfläche größer ist als es der maximalen Deformation der Membrane im Betrieb entspricht. Durch diese Maßnahme werden ebenfalls die Herstellungs- und Fertigungstoleranzen und die Alterungserscheinungen berücksichtigt. 5In another variant, it is provided that the distance between the central part of the membrane and the support surface is greater than corresponds to the maximum deformation of the membrane during operation. This measure also takes into account the manufacturing and manufacturing tolerances and the aging phenomena. 5

In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Abstand zwischen dem Zentralteil der Membrane und der Stützfläche größer ist als es der 5-fachen maximalen Deformation der Membrane im Betrieb entspricht, besonders bevorzugt größer ist als es der 10-fachen maximalen Deformation der Membran im Betrieb entspricht. Durch diese Maßnahmen kann aufgrund der dem Hersteller io bekannten Deformationseigenschaften der Membrane bei den Betriebsbedienungen wie sie bei der Auslegung des Wandlers bestimmt werden eine zuverlässige Anleitung zum Handeln an die Hand gegeben werden.In one embodiment, it is provided that the distance between the central part of the membrane and the support surface is greater than 5 times the maximum deformation of the membrane during operation, particularly preferably greater than 10 times the maximum deformation of the membrane during operation corresponds , By means of these measures, due to the deformation properties of the membrane known to the manufacturer, it is possible to provide reliable instructions for action in the operating conditions as they are determined in the design of the transducer.

In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Membrane aus wasserfestem Material wie bei-15 spielsweise aus ansich bekanntem Kunststoff wie Polykarbonat, Polyetheresterurethan oder PETP-Folie, beispielsweise Mylar, besteht. Die Auswahl derartiger Materialien die an und für sich für die Herstellung von Membranen bekannt sich, ermöglicht die Schaffung von Wandlern, die ein Eintauchen in Wasser unbeschadet überstehen. 20 In einer Weiterbildung ist vorgesehen, daß auch im Bereich des Randteiles der Membrane eine mechanische Abstützung vorgesehen ist. Dies ist insbesondere beim Auftreten sehr extremer Druckspitzen vorteilhaft, insbesondere bei der Ausbildung eines wasserresistenten Wandlers.In one embodiment, it is provided that the membrane made of waterproof material as at-15, for example, from known per se plastic such as polycarbonate, Polyetheresterurethan or PETP film, such as Mylar exists. The selection of such materials, which in and of themselves are known for the production of membranes, enables the creation of transducers which survive unscathed immersion in water. 20 In a further development it is provided that a mechanical support is also provided in the region of the edge part of the membrane. This is particularly advantageous when very extreme pressure peaks occur, in particular when forming a water-resistant transducer.

In einer Weiterbildung der letzten Variante ist vorgesehen, daß die Abstützung im Bereich des 25 Randteiles aus Vorsprüngen, bevorzugt radialen Rippen des Kapselteiles besteht. Dies ermöglicht eine einfache und effektive Herstellung.In a further development of the last variant, it is provided that the support in the region of the edge part 25 consists of projections, preferably radial ribs of the capsule part. This allows a simple and effective production.

In einer weiteren Ausgestaltung dieser Idee ist vorgesehen, daß die Hüllfläche der Abstützung im Bereich des Randteiles im wesentlichen parallel zum Randteil der Membrane verläuft. Diese 30 Ausgestaltung sichert eine mechanisch besonders schonende Abstützung der Membrane, insbesondere in ihrem eingespannten Randbereich, in dem bereits kleine Unregelmäßigkeiten der Abstützung zu hohen mechanischen Belastungen führen.In a further embodiment of this idea, it is provided that the envelope surface of the support extends in the region of the edge part substantially parallel to the edge part of the membrane. This embodiment ensures a mechanically particularly gentle support of the membrane, in particular in its clamped edge region in which even small irregularities of the support lead to high mechanical loads.

Die Mechanische Stützfläche kann in Abhängigkeit von der gewünschten akustischen Beein-35 flussung des Wandlers ausgebildet sein. So ist es möglich, die Kontaktfläche (darunter wird in dieser Beschreibung die Fläche sowohl der Membran als auch der Stützfläche verstanden, die miteinander in Kontakt kommen) „dicht“ oder auch „durchlässig“ auszubilden.The mechanical support surface may be formed depending on the desired acoustic influence of the transducer. Thus, it is possible to form the contact surface (which in this description means the surface of both the membrane and the support surface which come into contact with one another) "dense" or "permeable".

Unter dicht versteht man jede im wesentlichen luftundurchläßige Kontaktfläche, unter durchläßig 40 jede luftdurchläßige Kontaktfläche. Beispiele für durchläßige Kontaktflächen sind Gitter oder siebartige Strukturen, gerüstartige Streben (ähnlich einem Regenschirmgestell) und ähnliches, dichte Kontaktflächen sind beispielsweise durch Plättchen aus Kunststoff oder Metall zu erzielen. 45 Es ist aufgrund des Vorstehenden leicht ersichtlich, daß es einen praktisch stetigen Übergang von dichten zu durchläßigen Kontaktflächen gibt, wenn man nur die Möglichkeit betrachtet, in einem Kunststoffplättchen keine oder verschieden viele und/oder verschieden große Löcher vorzusehen, bis es letztlich zu einer Art eines steifen Netzes wird. so Durch die Festlegung der Geometrie und der Durchläßigkeit der mechanischen Abstützung wird eine akustische Reibung festgelegt, die auf vorhersehbare Weise die Charakteristik des Wandlers beeinflußt. Es ist auf diese Weise erfindungsgemäß möglich, gewünschte Charakteristika durch eine entsprechende Ausgestaltung der mechanischen Abstützung besser als bisher oder überhaupt erstmals zu erzielen. 55 4By dense is meant any substantially air impermeable contact surface, below any air permeable contact surface. Examples of permeable contact surfaces are grids or sieve-like structures, framework-like struts (similar to an umbrella frame) and the like, dense contact surfaces can be achieved, for example, by flakes made of plastic or metal. It can easily be seen from the above that there is a practically continuous transition from dense to permeable contact surfaces, considering only the possibility of providing no or different numbers of and / or different sized holes in one plastic die until it eventually becomes a kind of one a stiff network becomes. By defining the geometry and permeability of the mechanical support, an acoustic friction is established which will predictably affect the characteristics of the transducer. It is possible in this way according to the invention to achieve desired characteristics better than previously or even for the first time by a corresponding design of the mechanical support. 55 4

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Bei verschiedenen Anwendungen kann es vorteilhaft sein, auch den ringförmigen Randteil der Membran mit einer entsprechenden mechanischen Abstützung zu versehen. Diese ist im wesentlichen toroidförmig und weist eine der undeformierten Randzone in etwa entsprechende Form ihrer Kontaktfläche auf. Was in dieser Beschreibung über den Zentralteil der Membrane 5 gesagt wird, gilt mutatis mutandis auch für deren Randteil.In various applications, it may be advantageous to provide the annular edge portion of the membrane with a corresponding mechanical support. This is essentially toroidal and has one of the undeformed edge zone in approximately corresponding shape of its contact surface. What is said in this description about the central part of the membrane 5, mutatis mutandis, also applies to the edge part.

Die Erfindung wird in der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine erfindungsgemäß ausgebildete Kapsel im Schnitt. io Ein elektroakustischer Wandler weist eine aus einem Oberteil 1 und einem Unterteil 2 bestehende Kapsel auf. Im Unterteil 2 ist eine Magnet 3 auf einem unteren Jochteil 4 gelagert und trägt einen oberen Jochteil 5. Der untere Jochteil 4 hat Napfform mit eingezogenem oberen Rand. Zwischen den beiden Jochteilen 4, 5 bleibt ein ringförmiger Spalt frei. 15 Eine Membrane 6 ist zwischen den beiden Kapselteilen 1, 2 eingeklemmt und/oder angeklebt. Die Membrane 6 weist einen Randteil 7 und einen Zentralteil 8 auf. Am Übergangsbereich ist eine Spule 9 befestigt, beispielsweise aufgeklebt. Diese Spule ragt in den Ringspalt zwischen den beiden Jochteilen 4, 5. 20 Im Raum unterhalb des Zentralteiles 8 der Membrane 6 ist eine erfindungsgemäße mechanische Abstützung 10 vorgesehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel hat diese Abstützung 10 die Form eines Pilzes, d.h. sie ist mit einem zentralen Fuß versehen, mit dem sie auf dem Jochteil 5 befestigt, beispielsweise angeklebt, ist. 25 Es sind selbverständlich andere Ausbildungen möglich, beispielsweise polsterartige mit einer großen Kontaktfläche mit dem Jochteil 5.The invention will be explained in more detail in the drawing. The single FIGURE shows an inventively designed capsule in section. An electroacoustic transducer has a capsule consisting of an upper part 1 and a lower part 2. In the lower part 2, a magnet 3 is mounted on a lower yoke part 4 and carries an upper yoke part 5. The lower yoke part 4 has cup shape with retracted upper edge. Between the two yoke parts 4, 5 an annular gap remains free. 15 A membrane 6 is clamped and / or glued between the two capsule parts 1, 2. The membrane 6 has an edge part 7 and a central part 8. At the transition region, a coil 9 is fixed, for example glued. This coil protrudes into the annular gap between the two yoke parts 4, 5. 20 In the space below the central part 8 of the diaphragm 6, a mechanical support 10 according to the invention is provided. In the illustrated embodiment, this support 10 is in the form of a mushroom, i. it is provided with a central foot with which it is attached to the yoke part 5, for example, glued. Of course, other configurations are possible, for example, cushion-like with a large contact surface with the yoke part. 5

Im gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser der kreisförmig ausgebildeten Abstützung 10 fast 100 % des Durchmessers des Jochteiles 5, doch ist dies, wie oben ausge-30 führt, nicht notwendig.In the embodiment shown, the diameter of the circular support 10 is almost 100% of the diameter of the yoke part 5, but this is not necessary, as explained above.

Der eigentlich in Kontakt mit der Membrane kommende Abstützungsteil ist im gezeigten Ausführungsbeispiel mit einer durchgehenden Linie dargestellt, doch ist dies kein Hinweis auf die gewählte Durchläßigkeit der Kontaktfläche. Diese Durchläßigkeit kann, wie oben angegeben, in 35 weiten Grenzen frei gewählt werden bzw. in Abhängigkeit von den gewünschten akustischen Charakteristika gewählt werden.The support part actually coming into contact with the diaphragm is shown in the embodiment shown with a solid line, but this is not an indication of the selected permeability of the contact surface. This permeability, as stated above, can be freely chosen within wide limits or be selected depending on the desired acoustic characteristics.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind im Randteil 7 der Membrane keine Abstützungen vorgesehen, doch ist es dem Fachmann in Kenntnis der Erfindung ein Leichtes, auch in diesem 40 Bereich eine Abstützung anzuordnen. Bei der Ausbildung des Kapselteiles 2 aus Kunststoff kann eine solche Abstützung, z.Bsp. in Form von radial verlaufenden Rippen, einstückig mit dem Kapselteil 2, somit praktisch ohne Mehrkosten, hergestellt werden.In the illustrated embodiment, no supports are provided in the edge portion 7 of the membrane, but it is easy for those skilled in the knowledge of the invention to arrange a support in this 40 area. In the formation of the capsule part 2 made of plastic, such a support, z.Bsp. in the form of radially extending ribs, integral with the capsule part 2, thus virtually no additional costs are produced.

Die dargestellte Membran 6 und insbesondere die Art der Befestigung der Spule 9 an der 45 Membrane entspricht dem wohlbekannten Stand der Technik, von dem es viele Varianten und auch Weiterbildungen gibt, die aber auf die Erfindung keinen Einfluß haben und daher hier nicht näher erläutert werden müssen.The illustrated membrane 6 and in particular the manner of attachment of the coil 9 to the membrane 45 corresponds to the well-known prior art, of which there are many variants and developments, but which have no influence on the invention and therefore need not be explained here ,

Es kann die Kapsel überhaupt in ihrem Aufbau anders als dargestellt ausgebildet sein, ohne auf so die Erfindung Einfluß zu haben. Wesentlich ist die Begrenzung der Deformation der Membrane unter äußerem Überdruck auf ein solches Maß, daß sie ihren Elastizitätsbereich noch nicht verläßt. Es ist selbverständlich, daß die Vorrichtung, in die die erfindungsgemäße Kapsel eingebaut ist, nicht unter Wasser verwendet wird, doch ermöglicht es die Erfindung, ein derartiges Gerät, beispielsweise ein Handy (Mobiltelefon) auch im Wasser bei sich zu tragen und nach 55 Verlassen desselben das in die Kapsel eingedrungene Wasser auszuschütteln und das GerätThe capsule may be designed differently than shown in its structure, without influencing the invention. It is essential to limit the deformation of the membrane under external pressure to such an extent that it does not yet leave its elasticity range. It is self-evident that the device in which the capsule according to the invention is installed is not used under water, but the invention makes it possible to carry such a device, for example a cellphone (mobile phone) in the water and after leaving it shake out the water that has penetrated into the capsule and the device

Claims

5 AT 414 069 B to use. 1. Electroacoustic transducer with a diaphragm (6), which has a central part (8) and an edge part (7) and a coil (9) attached directly or indirectly to its transition region, which is inserted into an annular gap between two yoke parts (8). 4, 5) protrudes and with a mechanical support for the membrane (6), characterized in that the me- chanical mechanical support (10) in the space between the central part (8) and the associated yoke part (5) at a distance from the membrane is arranged.

2. A transducer according to claim 1, characterized in that the area of the support is at least 25% of the area of the yoke part (5). 15

3. A transducer according to claim 2, characterized in that the area of the support is at least 50% of the area of the yoke part (5).

4. Transducer according to one of the preceding claims, characterized in that the distance between the central part (8) of the diaphragm (6) and the support surface (10) is smaller than corresponds to the elastic limit of the diaphragm (6).

5. Transducer according to one of the preceding claims, characterized in that the distance between the central part (8) of the diaphragm (6) and the support surface (10) is greater than 25, as it corresponds to the maximum deformation of the diaphragm during operation.

6. Transducer according to one of the preceding claims, characterized in that the distance between the central part (8) of the diaphragm (6) and the support surface (10) is greater than 5 times the maximum deformation of the diaphragm during operation corresponds. 30

7. Transducer according to one of the preceding claims, characterized in that the distance between the central part (8) of the diaphragm (6) and the support surface (10) is greater than corresponds to 10 times the maximum deformation of the diaphragm during operation.

8. Transducer according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane (6) made of waterproof material such as per se known plastic such as polycarbonate, polyetheresterurethane or PETP film, for example Mylar exists.

9. Transducer according to one of the preceding claims, characterized in that also in the region of the edge part (7) of the membrane (6) is provided a mechanical support.

10. A transducer according to claim 9, characterized in that the support in the region of the edge part 45 (7) consists of projections, preferably radial ribs of the capsule part (2).

11. A transducer according to any one of claims 9 or 10, characterized in that the envelope surface of the support in the region of the edge part (7) substantially parallel to the edge part (7) of the membrane (6). 50 For this purpose 1 sheet of drawings 55