DE102007005620A1

DE102007005620A1 - Dynamischer Schallwandler und Hörer

Info

Publication number: DE102007005620A1
Application number: DE102007005620A
Authority: DE
Inventors: Till Teske-Fischer; Vladimir Gorelik; Axel Grell; Andre Michaelis; Dirk Hackbarth; Heinz Epping; Markus Kuhr; Burkhard Markmann
Original assignee: Sennheiser Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Sennheiser Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2007-01-31
Publication date: 2008-08-07
Anticipated expiration: 2027-02-01
Also published as: DE102007005620B4; WO2008092645A2; EP2163120B1; EP2163120A2; WO2008092645A3; US8731231B2; US20100183173A1

Abstract

Es wird ein dynamischer Schallwandler mit einem Membransystem (10) vorgesehen, welches mindestens eine erste und zweite metallisierte Fläche (11) aufweist, welche durch eine Isolationsfläche (12) voneinander getrennt sind. Der dynamische Schallwandler weist ferner eine Schwingspule (20) mit einem Spulendraht (25) auf, ein Ende des Spulendrahtes ist mit der ersten metallisierten Fläche (11) und das andere Ende des Spulendrahtes ist mit der zweiten metallisierten Fläche (11) elektrisch leitend verbunden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen dynamischen Schallwandler und einen Hörer.
Bei herkömmlichen dynamischen Schallwandlern wird eine Schwingspule im Bereich der Membransicke vorgesehen, wobei Spulendrähte zur Kontaktierung der Schwingspule verwendet werden. Die Spulendrähte verbinden somit den Membranrand und die Schwingspule. Das Vorsehen derartiger Spulendrähte ist jedoch bei der Herstellung von dynamischen Schallwandlern fertigungstechnisch sehr aufwändig und kann zum Ausschuss der Schallwandler führen, beispielsweise wenn Klirrer oder Spulendrahtabrisse vorhanden sind. Da die Spulendrähte typischerweise lediglich auf einer Seite der Membran verlegt werden, kann eine asymmetrische mechanische Kraft auf die Schwingspule ausgeübt werden, so dass ein unerwünschtes Taumeln der Membran vorhanden sein kann.
US 2004/0141629 A1 zeigt einen dynamischen Schallwandler mit einer Membran, wobei im Bereich der Membransicke eine Schwingspule angeordnet ist. Am Rand der Membran sind zwei Elektroden vorgesehen, welche mit der Schwingspule verbunden sind. Die Verbindungsabschnitte zwischen den Elektroden und der Schwingspule werden mit einer elektrisch leitfähigen Polymerschicht beschichtet.
Dynamische Schallwandler weisen ferner typischerweise eine Membran mit einer Sicke und einer Kalotte auf. Dabei hängt die obere Grenzfrequenz eines derartigen dynamischen Schallwandlers von der Größe der Fläche ab, welche Schall abstrahlt. Je größer die schallabstrahlende Fläche, desto tiefer liegen die obere Grenzfrequenz des Frequenzgangs. Wenn die schallabstrahlende Fläche vergrößert wird, kann ein Audiosignal mit einer reduzierten Verzerrung wiedergegeben werden.
Als dynamische Schallwandler sind im Lautsprecherbereich Ringradiatoren bekannt, welche eine Resonanzfrequenz im kHz Bereich aufweisen.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen dynamischen Schallwandler vorzusehen, welcher eine verbesserte Wiedergabe ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch einen dynamischen Schallwandler gemäß Anspruch 1 und durch einen Hörer gemäß Anspruch 8 gelöst.
Somit wird ein dynamischer Schallwandler mit einem Membransystem vorgesehen, welches mindestens eine erste und zweite metallisierte Fläche aufweist, welche durch eine Isolationsfläche von einander getrennt sind. Der dynamische Schallwandler weist ferner eine Schwingspule mit einem Spulendraht auf. Ein Ende des Spulendrahtes ist mit der ersten metallisierten Fläche, und das andere Ende des Spulendrahtes ist mit der zweiten metallisierten Fläche elektrisch leitend verbunden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Membransystem in einem Chassis angeordnet. Mindestens zwei Kontaktelemente sind an dem Chassis derart angeordnet, dass das erste Kontaktelement elektrisch leitend mit der ersten metallisierten Fläche verbunden ist und das zweite Kontaktelement elektrisch leitend mit der zweiten metallisierten Fläche verbunden ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls einen Schallwandler mit einem Membransystem, welches eine erste und zweite Sicke sowie eine Schwingspule aufweist, welche in dem Berech zwischen der ersten und zweiten Sicke angeordnet ist.
Die Erfindung betrifft ebenfalls einen dynamischen Schallwandler mit einer Membran, einer Schwingspule, und einem Magnetsystem. Das Magnetsystem weist dabei einen Magnetring aus einer Vielzahl von Magnetsegmenten auf.
Die Erfindung betrifft ferner einen Hörer mit einem Schallwandler und einer gebogenen Schallwand.
Die Erfindung betrifft den Gedanken, einen dynamischen Schallwandler mit einer Membran vorzusehen, welche (halbseitig) mit einer leitenden Beschichtung beschichtet ist. Die Mitte der Membran kann dabei einen Isolierstreifen aufweisen, welcher keine leitfähige Beschichtung aufweist. So kann die Fläche der leitenden Beschichtung in zwei voneinander isolierte Abschnitte eingeteilt werden. Die Spulendrähte der Spule können dabei kurz abgeschnitten und in einer unmittelbaren Nähe zur Spule elektrisch leitend an der Membran befestigt bzw. geklebt werden, so dass eine elektrische Verbindung mit dem Membranrand über die leitfähige Schicht der Membran vorgesehen wird. Das Chassis des dynamischen Wandlers kann zwei Leitbahnen aufweisen, wobei die Membran mit der leitfähigen Beschichtung in bzw. an das Chassis eingeklebt bzw. befestigt wird, so dass die leitfähige Beschichtung der Membran einen leitfähigen Kontakt mit dem Chassis aufweist.
Da keine bewegten Spulendrähte zwischen der Spule und dem Membranrand mehr vorgesehen sind, können die oben angeführten Probleme nicht auftreten.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ausführungsbeispiele und Vorteile der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
1a zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Membran gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
1b zeigt eine Schnittansicht der Membran von 1a,
2a zeigt eine Schnittansicht eines dynamischen Wandlers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
2b zeigt eine perspektivische Ansicht des dynamischen Wandlers von 2a,
2c zeigt eine weitere perspektivische Ansicht des dynamischen Wandlers von 2a,
3a zeigt eine perspektivische Ansicht eines Magnetringes für einen dynamischen Schallwandler gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
3b zeigt eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts B in 3a, und
4 zeigt einen Hörer gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
1a zeigt eine Draufsicht auf ein Membransystem eines dynamischen Schallwandlers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Membran 10 ist mit einer Schwingspule 20 verbunden und in einem Chassis 30 eingebettet. Die Membran 10 weist auf ihrer einen Seite zwei metallisierte Flächen 11 sowie einen isolierenden, d. h. nicht elektrisch beschichteten Abschnitt 12 zwischen den beiden metallisierten Flächen 11 auf. Die Spulendrähte 25 der Schwingspule 20 sind jeweils auf eine der metallisierten Flächen 11 leitend aufgeklebt bzw. leitend mit den metallisierten Flächen 11 verbunden. Am Rande der Membran 10 bzw. am Chassis 30 sind zwei Kontaktelemente 15 vorgesehen, welche leitend mit den beiden metallisierten Flächen 11 jeweils beispielsweise durch Kleben verbunden sind. Die beiden elektrischen Kontaktelemente dienen dazu, die Schwingspule über die elektrisch leitenden Flächen mit einer elektrischen Schaltung G zu kop peln, welche beispielsweise dazu dient, die Schwingspule mit einem Signal zu beaufschlagen.
1b zeigt eine Schnittansicht des Membransystems von 1a. Die Membran 10 ist in dem Chassis 30 angeordnet und weist eine Schwingspule 20 mit einem Spulendraht 25 auf.
Nachfolgend wird ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung eines oben angeführten dynamischen Schallwandlers detailliert beschrieben.
Eine Seite der Membran, vorzugsweise die Unterseite, wird beispielsweise in einem Sputterprozess mit einer elektrisch leitfähigen Schicht 11 beschichtet. Um einen Isolierabschnitt 12 vorzusehen, kann ein Teil der Membran während des Sputterprozesses abgedeckt werden. Die leitfähige Schicht 11 kann beispielsweise durch Sputtern von AI (einige Angström) und durch Sputtern von AU (ca. 2000 Angström) hergestellt werden. Somit werden zwei elektrische Kontaktflächen 11 vorgesehen, welche durch den Isolierabschnitt 12 voneinander getrennt bzw. isoliert sind. Diese elektrischen Kontaktflächen 11 dienen dazu, den Membransitz und den Spulensitz elektrisch leitend miteinander zu verbinden. Die Anschlussdrähte 25 einer Schwingspule 20 werden anschließend nach innen gebogen, die Isolierung der Anschlussdrähte der Schwingspule werden thermisch im Nahbereich der Spule abisoliert (bei ca. 380°) und gekürzt. Die Spulen 25 können anschließend auf herkömmliche Art und Weise auf die Membranen 10 aufgesetzt und befestigt werden. Die beiden abisolierten und gekürzten Anschlussdrähte 25 der Schwingspule 20 werden mit den beiden Kontaktflächen 11 der elektrisch leitenden Schicht elektrisch leitend miteinander verbunden bzw. aufgeklebt. Das Chassis 30 des dynamischen Schallwandlers weist an dem Membranansitz zwei Drähte 15 auf, die mit einer Leiterplatte in dem dynamischen Schallwandler verbunden sind. Die Membranen 10 werden in das Chassis 30 eingelegt, und die Drähte werden entsprechend kontaktiert. Die Membran kann in das Chassis eingeklebt bzw. daran befestigt werden.
Somit kann ein dynamischer Schallwandler erhalten werden, welcher einen Nennwiderstand aufweist, welcher geringfügig größer als der Nennwiderstand der Spule ist. Vorzugsweise weist die Kontaktierung lediglich einen Übergangswiderstand von einigen wenigen Ohm auf.
Ein derartiger dynamischer Schallwandler wird vorzugsweise in einem Kopfhörer, einem Hörer oder einer Hör-Sprech-Garnitur verwendet.
2a zeigt eine Schnittansicht eines dynamischen Schallwandlers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Der dynamische Schallwandler weist ein Chassis 130, eine Membran 110 mit zwei Sicken 110a, 110b, eine Schwingspule 120 sowie ein Magnetsystem 140 auf.
2b zeigt eine perspektivische schematische Ansicht eines dynamischen Schallwandlers gemäß 2a. Der dynamische Schallwandler weist dabei zwei Sicken, jedoch keine Kalotte auf, d. h. in der Mitte der Membran ist ein Loch 150 vorgesehen.
2c zeigt eine weitere perspektivische Ansicht eines dynamischen Schallwandlers von 2a. Insbesondere ist hierbei das entsprechende Membransystem gezeigt. Das Membransystem weist eine äußere Membranauflage 111 und eine innere Membranauflage 112 sowie einen Durchgang bzw. ein Loch 150 auf. Zwischen der äußeren Membranauflage 111 und dem Spulensitz 122 ist eine erste Sicke 110a und zwischen dem Spulensitz 122 und der inneren Membranauflage 112 ist eine zweite Sicke 110b vorgesehen.
Das zweite Ausführungsbeispiel betrifft somit den Gedanken, auftretende Verzerrungen zu reduzieren bzw. zu vermeiden, indem die Membranfläche erhöht wird, wobei eine obere Grenzfrequenz aufrecht erhalten wird. Ferner wird ein dynamischer Schallwandler vorgesehen, welcher eine reduzierte Resonanzfrequenz aufweist, so dass ein derartiger Schallwandler als Breitbandwandler verwendet werden kann. Zur Reduktion der Schwingungsmoden wird ein höherer Umfang relativ zu dem Kalottenwandler vorgesehen.
Die Erfindung betrifft somit den Gedanken, einen dynamischen Schallwandler mit zwei Sicken 110a, 110b, jedoch ohne Kalotte vorzusehen. Die beiden Sicken 110a, 110b werden dabei innen und außen am Chassis 130 des dynamischen Wandlers befestigt. Eine Spule 120 zum Antrieb der Membran wird in der Mitte 122 zwischen der äußeren und inneren Sicke 110a, 110b vorgesehen. In dem Bereich der Membran, wo die Spule angeordnet ist, d. h. am Spulensitz 122, ist die Membran 110 steif ausgeführt, was durch eine entsprechende Kontur der Membran erreicht werden kann. Die Membran wird ferner zu den Randbereichen, d. h. den Membranauflagen 111, 112, hin weicher. Dadurch, dass die Membran keine einheitliche Steifigkeit aufweist, hängt die Größe der schallabstrahlenden Fläche von der Frequenz ab. Bei tiefen Frequenzen schwingt ein großer Teil der Sicken 110a, 110b homogen mit der Spule 120 und stellt somit eine große schallabstrahlende Fläche dar. Wenn die Frequenz jedoch erhöht wird, schwingt lediglich ein Nahbereich des Spulensitzes 122, so dass die schallabstrahlende Fläche reduziert wird. Somit können hohe Frequenzanteile entsprechend abgestrahlt werden. Die obere Grenzfrequenz des dynamischen Schallwandlers wird dabei außerhalb des Hörbereichs eingestellt.
Wenn die aktive schallabstrahlende Fläche des dynamischen Schallwandlers vergrößert wird, werden geringere Hübe zur Erzeugung der Schallsignale ermöglicht, was Verzerrungen reduzieren kann.
Der dynamische Schallwandler gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel weist einen Ringradiator mit einer bedampften Folie (Duofol) auf, um die Resonanzfrequenz zu reduzieren. Somit kann ein Breitbandwandler vorgesehen werden, welcher beispielsweise in einem offenen Kopfhörer verwendet werden kann.
Die Membran des dynamischen Schallwandlers kann bedampft werden. Durch den vergrößerten Umfang der Membran können Schwingungsmoden sich schlechter ausbreiten. Somit kann ein gleichmäßiger Amplituden- und Frequenzgang erhalten werden.
3a zeigt eine perspektivische Ansicht eines Magnetringes für einen dynamischen Wandler gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Der Magnetring 240 gemäß 3a kann beispielsweise in dem dynamischen Schallwandler gemäß 2a bzw. in dem Magnetsystem 140 des dynamischen Schallwandlers von 2a verwendet werden.
3b zeigt einen vergrößerten Abschnitt B von 3a. Der Magnetring 240 weist einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf, wobei kein kompletter Magnetring, sondern lediglich Magnetsegmente 241 in dem U-förmigen Magnetring vorgesehen werden. Somit sind zwischen den Magnetsegmenten 241 Luftspalte 242 vorgesehen.
Zur Entlüftung des Luftspaltes des Magnetsystems wird das Magnetsystem ringförmig ausgestaltet, wobei kein kompletter Magnetring, sondern lediglich Magnetsegmente 241 vorgesehen werden. Die hierbei entstehenden Luftspalte 242 zwischen den einzelnen Magnetsegmenten 241 ermöglichen somit ein Entweichen der Luft im Bereich des Magnetsystems. Die Luft entweicht dabei insbesondere zur Innenseite des Magnetsystems, wenn die Tauchspule starke Bewegungen ausführt. Damit können die ansonsten üblichen Kompressionen des Luftpolsters im Bereich des Luftspaltes des Magnetsystems vermieden werden. Somit können insbesondere ungewollte akustische Federn durch die Kompression des Luftpolsters vermieden werden. Ferner können durch das Vorsehen der Magnetsegmente 241 Luftströmungen zwischen den verschiedenen Bereichen eines Membransystems wie beispielsweise zwischen einem Sicken- und einem Kalottenbereich oder zwischen einer inneren und einer äußeren Sicke (wie beispielsweise gemäß 2a bis 2c gezeigt) durch den Luftspalt verhindert werden.
4 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Kopfhörers gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Der Kopfhörer weist einen Schallwandler 300, Ohrpolster 400 und eine Schallwand 600 auf. Bei Betrieb wird der Kopfhörer mittels der Ohrpolster 400 über ein Ohr 700 platziert.
Während herkömmliche Schallwandler von Kopfhörern typischerweise in eine bzw. an eine ebene Schallwand eingebettet werden, weist der Kopfhörer gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel eine gebogene Schallwand 600 auf.
Die ebene Schallwand gemäß dem Stand der Technik sowie seinen entsprechende Schalldurchlässigkeit dient dazu, den akustischen Weg zur Außenwelt sowie zur Rückseite des Schallwandlers zu steuern. Zum Schutz des Wandlers werden oftmals Gitter oder ähnliche Elemente auf der Rückseite des Schallwandlers angeordnet. Durch diese Elemente können jedoch unerwünschte Reflektionen entstehen, welche die akustische Wiedergabe des Schallwandlers beeinflussen können.
Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel wird die Schallwand 600 gebogen ausgestaltet und stellt gleichzeitig eine äußere Wand bzw. Hülle für den Kopfhörer dar. Somit entstehen keine unerwünschten akustischen Effekte durch ein zusätzliches Schutzgehäuse. Mittels der gebogenen Schallwand 600 kann somit ein reflektionsfreier Abschluss zur Außenwelt hin erreicht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 2004/0141629 A1 [0003]

Claims

Dynamischer Schallwandler, mit einem Membransystem (10) mit einer Membran mit mindestens einer ersten Seite und einer zweiten Seite, welches mindestens eine erste und zweite elektrisch leitfähige Fläche (11) aufweist, welche durch einen Isolationsabschnitt (12) voneinander getrennt sind, und einer Schwingspule (20) mit einem Spulendraht (25), wobei ein Ende des Spulendrahtes mit der ersten elektrisch leitfähigen Fläche (11) und das andere Ende des Spulendrahtes mit der zweiten elektrisch leitfähigen Fläche (11) elektrisch leitend verbunden ist.
Dynamischer Schallwandler nach Anspruch 1, wobei das Membransystem (10) in einem Chassis (30) angeordnet ist, wobei mindestens ein erstes und zweites Kontaktelement (15) an dem Chassis derart (30) angeordnet ist, dass das erste Kontaktelement elektrisch leitend mit der ersten elektrisch leitfähigen Fläche (11) verbunden ist und das zweite Kontaktelement (15) elektrisch leitend mit der zweiten elektrisch leitfähigen Fläche (11) verbunden ist.
Dynamischer Schallwandler, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 oder 2, mit einem Membransystem, welches eine erste und zweite Sicke (110a, 110b) aufweist, und einer Schwingspule (120), welche in dem Bereich zwischen der ersten und zweiten Sicke (110a, 110b) angeordnet ist.
Dynamischer Schallwandler nach Anspruch 3, mit einem Loch (150) in der Mitte des Membransystems.
Dynamischer Schallwandler nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Membran (110) im Bereich zwischen der ersten und zweiten Sicke (110a, 110b) steifer als im Bereich der inneren und äußeren Membranauflage (112, 111) ausgestaltet ist.
Dynamischer Schallwandler, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer Membran (10, 110), einer Schwingspule (20, 120), und einem Magnetsystem (140), wobei das Magnetsystem einen Magnetring (240) aus einer Vielzahl von Magnetsegmenten (241) aufweist.
Dynamischer Schallwandler nach Anspruch 6, wobei zwischen den Magnetsegmenten (241) mindestens ein Luftspalt (242) vorhanden ist.
Kopfhörer, mit einem Schallwandler (300), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, und einer gebogenen Schallwand (600).
Kopfhörer nach Anspruch 8, wobei der Schallwandler (300) an bzw. in der Schallwand (600) angeordnet ist.
Kopfhörer nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die Schallwand (600) als äußere Hülle des Gehäuses des Kopfhörers ausgestaltet ist.
Hörer, mit einem dynamischen Schallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 7.