DE102009040982A1

DE102009040982A1 - Akustischer Wandler und Verfahren zum Erzeugen und/oder Empfangen von Schallwellen, bewegbares Element für einen akustischen Wandler sowie Anordnung zum Bewegen eines bewegbaren Elementes eines akustischen Wandlers

Info

Publication number: DE102009040982A1
Application number: DE200910040982
Authority: DE
Inventors: Werner Eymann; Andreas MÜLLER
Original assignee: CICADA TECHNOLOGIES GbR (VERTRETUNGSBERECHTIGTER GESELLSCHAFTER ANDREAS MUELLER; Cicada Technologies GbR (vertretungsberechtigter Gesellschafter Andreas Mueller 10825 Berlin); CICADA TECHNOLOGIES GbR VERTRETUNGSBERECHTIGTER GESELLSCHAFTER ANDREAS MUELLER
Current assignee: CICADA TECHNOLOGIES GbR (VERTRETUNGSBERECHTIGTER GESELLSCHAFTER ANDREAS MUELLER; Cicada Technologies GbR (vertretungsberechtigter Gesellschafter Andreas Mueller 10825 Berlin); CICADA TECHNOLOGIES GbR VERTRETUNGSBERECHTIGTER GESELLSCHAFTER ANDREAS MUELLER
Priority date: 2009-09-09
Filing date: 2009-09-09
Publication date: 2011-03-10
Also published as: WO2011029872A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen akustischen Wandler zum Erzeugen und/oder Empfangen von Schallwellen, mit - einem zum Erzeugen von Schallwellen oder durch Schallwellen bewegbaren Element (21-23); und - Umsetzmitteln (3) zum Umsetzen eines elektrischen Signals in eine Bewegung des bewegbaren Elementes (21-23) und/oder zum Umsetzen einer Bewegung des bewegbaren Elementes (21-23) in ein elektrisches Signal. Erfindungsgemäß sind die Umsetzmittel so beschaffen und das bewegbare Element ist derart gelagert und biegesteif ausgebildet, dass bei Bewegen des bewegbaren Elementes (21-23) über die Umsetzmittel oder bei Einwirken von Schallwellen auf das bewegbare Element (21-23) keine Biegeschwingungen des bewegbaren Elementes auftreten. Die Erfindung betrifft auch einen akustischen Wandler, der Mittel zum Lagern eines bewegbaren Elementes aufweist, wobei das bewegbare Element (21-23) über die Mittel zum Lagern schwenkbar mit der Halterungseinrichtung gekoppelt ist oder die Mittel zum Lagern des bewegbaren Elementes (21-23) beabstandet zu einem äußeren Umfang des bewegbaren Elementes angeordnet sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein bewegbares Element für einen akustischen Wandler, eine Anordnung zum Bewegen eines bewegbaren Elementes eines akustischen Wandlers sowie ein Verfahren zum Erzeugen und/oder Empfangen von Schallwellen.

Description

Die Erfindung betrifft einen akustischen Wandler zum Erzeugen und/oder Empfangen von Schallwellen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie akustische Wandler gemäß den Ansprüchen 25 und 38. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein bewegbares Element für einen akustischen Wandler gemäß Anspruch 33 und 36, eine Anordnung zum Bewegen eines bewegbaren Elementes eines akustischen Wandlers gemäß Anspruch 40 sowie ein Verfahren zum Erzeugen und/oder Empfangen von Schallwellen gemäß Anspruch 43.
Aus dem Stand der Technik sind akustische Wandler in Form von Lautsprechern bekannt, die eine (z. B. konusförmige oder plane) Membran aufweisen, die zum Erzeugen von Schallwellen in Schwingung versetzt wird. Die Membran eines derartigen konventionellen Lautsprechers wird zum Erzeugen der Schallwellen in Bewegung versetzt, wobei die Membran jedoch keine gleichmäßige Bewegung ausführt, sondern Teilschwingungen der Membran auftreten, d. h. unterschiedliche Teilabschnitte der Membran bewegen sich mit unterschiedlicher Phase und/oder Amplitude.
Das von der Erfindung zu lösende Problem besteht darin, einen akustischen Wandler zu schaffen, der eine möglichst gute Wandlungsqualität bereitstellt und einen möglichst hohen Wirkungsgrad aufweist.
Dieses Problem wird durch den akustischen Wandler mit den Merkmalen des Anspruchs 1, den akustischen Wandlern mit den Merkmalen des Anspruchs 25 bzw. 38, durch das bewegbare Element mit den Merkmalen des Anspruchs 33 oder 36, durch die Anordnung gemäß Anspruch 40 sowie durch das Verfahren gemäß Anspruch 43 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Danach wird ein akustischer Wandler zum Erzeugen und/oder Empfangen von Schallwellen bereitgestellt, mit

– einem zum Erzeugen von Schallwellen oder durch Schallwellen bewegbaren Element; und
– Umsetzmitteln zum Umsetzen eines elektrischen Signals in eine Bewegung des bewegbaren Elementes und/oder zum Umsetzen einer Bewegung des bewegbaren Elementes in ein elektrisches Signal, wobei
– die Umsetzmittel so beschaffen sind und das bewegbare Element derart gelagert und starr ausgebildet ist, dass bei Bewegen des bewegbaren Elementes über die Umsetzmittel oder bei Einwirken von Schallwellen auf das bewegbare Element im Wesentlichen keine Biegeschwingungen des bewegbaren Elementes auftreten.

Mit anderen Worten wird vermieden, dass das bewegbare Element in sich schwingt, d. h. dass sich unterschiedliche Bereiche des bewegbaren Elementes relativ zueinander bewegen. Vielmehr wird das gesamte bewegbare Element geschlossen bewegt, d. h. es werden sämtliche Abschnitte des bewegbaren Elementes gleichzeitig und in Phase bewegt. Durch die phasengleiche Bewegung sämtlicher Abschnitte des bewegbaren Elementes kann ein akustischer Wandler (z. B. in Form eines Flächenlautsprechers) realisiert werden, der ein besonders verzerrungsfreies Klangbild liefert.
Gleichzeitig hat der akustische Wandler durch die Vermeidung von Biegeschwingungen einen besonders hohen Wirkungsgrad, d. h. dass z. B. ein größerer Teil der zur Bewegung des bewegbaren Elementes des Wandlers aufgewandten Energie zur Erzeugung von Schallwellen genutzt wird. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass ein Gegeneinanderbewegen unterschiedlicher Abschnitte des bewegbaren Elementes, d. h. „Partialschwingungen” des bewegbaren Elementes, vermieden wird, so dass eine große Luftmenge gleichphasig bewegt werden kann bzw. dass das bewegbare Element durch eine große Luftmenge bewegt werden kann. Zudem wird durch die Vermeidung von Biegeschwingungen eine destruktive Interferenz von Schallwellen, die durch Partialschwingungen angeregt würden, vermieden wird. Die bei einer konventionellen Lautsprechermembran auftretenden Partialschwingungen verändern sich zudem mit der Frequenz, so dass die mit den Partialschwingungen verbundene teilweise destruktive Interferenz der erzeugten Schallwellen zu einer frequenzabhängigen Lautstärke eines von der Membran wiedergegebenen akustischen Signals führt. Auch dies kann mit dem erfindungsgemäßen Wandler vermieden werden.
Insbesondere ist unter einem „biegesteifen” (starren) bewegbaren Element ein bewegbares Element zu verstehen, das bei Anregung durch die Umsetzmittel oder bei Schalleinwirkung von außen allenfalls zu vernachlässigende Biegeschwingungen ausführt, deren Amplitude so gering ist und/oder deren Frequenzen außerhalb des interessierenden Bereichs (insbesondere des hörbaren Bereichs von 15–20.000 Hz) liegen, so dass sie keinen Einfluss auf die Schallwandlung haben. Insbesondere liegen die Eigenfrequenzen des bewegbaren Elementes außerhalb des hörbaren Bereichs.
In einem Beispiel weist das bewegbare Element ein Material auf oder ist aus einem solchen Material gebildet, das ein Elastizitätsmodul von mindestens 30 GPa, insbesondere von mindestens 60 oder insbesondere von mindestens 100 GPa, besitzt. Beispielsweise besitzt das Material ein Elastizitätsmodul von näherungsweise 130 GPa. Als Material für das bewegbare Element kommt zum Beispiel Glas, Kunststoff, Metall und/oder ein faserverstärktes Material in Frage. Weitere Beispiele werden weiter unten erläutert.
Insbesondere ist das bewegbare Element so angeordnet (z. B. gelagert) und derart biegesteif ausgebildet, dass Biegeschwingungen des bewegbaren Elementes vermieden werden, wenn es mit einer Frequenz von 5.000 Hz bewegt wird, d. h. wenn es zu Schwingungen dieser Frequenz angeregt wird oder Schallwellen dieser Frequenz auf das bewegbare Element einwirken. Des Weiteren kann das bewegbare Element so ausgebildet sein, dass Biegeschwingungen über einen großen Teil oder auch über den gesamten hörbaren Frequenzbereich vermieden werden, beispielsweise über einen Frequenzbereich zwischen 100 und 15.000 Hz.
Das bewegbare Element ist beispielsweise flächig (etwa in Form einer Platte) ausgebildet, d. h. es erstreckt sich im Wesentlichen entlang einer Haupterstreckungsebene, wobei die Richtung seiner geringsten Ausdehnung senkrecht zu dieser Haupterstreckungsebene verläuft. Ein Wandler, der ein derartiges flächiges bewegbares Element aufweist, kann beispielsweise in eine Wand, ein Möbelstück oder ein elektronisches Gerät (z. B. Fernseher oder Handy) integriert oder an diesen Elementen angeordnet werden. Auch könnte ein derartiges bewegbares Element als Projektionsfläche für das Bild eines Projektors dienen. In einem anderen Beispiel ist der erfindungsgemäße Wandler in ein Bildwiedergabegerät (insbesondere in Form eines Displays eines elektronischen Gerätes) integriert, wobei eine durchsichtige Frontscheibe der Bildwiedergabevorrichtung gleichzeitig das bewegbare Element des Wandlers bildet. Beispielsweise ist das bewegbare Element hier klein, insbesondere mit Seitenlängen, die jeweils 10 cm oder 15 cm nicht überschreiten, ausgebildet.
Beispielsweise ist das bewegbare Element (in Draufsicht) rechteckig ausgebildet, z. B. mit den Maßen von mindestens 60 cm × mindestens 60 cm (insbesondere 60 × 60 cm). In einer anderen Variante ist das bewegbare Element rechteckig mit Seitenlängen von bis zu 40 cm bzw. 60 cm, insbesondere 60 × 40 cm, ausgebildet.
Beispielsweise weist das bewegbare Element eine Dicke (d. h. eine Ausdehnung senkrecht zu seiner Haupterstreckungsebene) von weniger als 2 cm, insbesondere weniger als 5 mm oder insbesondere weniger als 3 mm auf. Allerdings ist eine rechteckige Form des bewegbaren Elementes selbstverständlich nicht zwingend, sondern es sind im Prinzip beliebige Formen denkbar, die insbesondere in Abhängigkeit von der vorgesehenen Anwendung des Wandlers abhängt, beispielsweise kann das bewegbare Element auch eine längliche Form aufweisen oder auch zumindest abschnittsweise sphärisch ausgebildet sein.
Als Maß für die Biegesteifigkeit des bewegbaren Elementes wird insbesondere das Produkt aus Elastizitätsmodul E des Materials des bewegbaren Elementes und seinem Flächenträgheitsmoment I (bezogen auf eine Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene des bewegbaren Elementes) verstanden. Beispielsweise besitzt das bewegbare Element eine Biegesteifigkeit (bezogen auf eine Richtung senkrecht zu seiner Haupterstreckungsebene) von mindestens 100 Nm², insbesondere von mindestens 300 Nm² oder von mindestens 500 Nm².
Mit einem flächig ausgestalteten bewegbaren Element kann anders als bei herkömmlichen, konusförmigen Membranen auf einfache Weise eine große wirksame Fläche realisiert werden, so dass ein vergleichsweise hoher Schalldruck bei kleiner Auslenkung (Hub) des bewegbaren Elementes erzeugt werden kann.
Das bewegbare Element ist darüber hinaus insbesondere so beschaffen und angeordnet, dass es vorwiegend oder ausschließlich parallele Schallwellen anregt, die etwa im Vergleich zu herkömmlichen Punktlautsprechern (z. B. Konuslautsprecher) ein verzerrungsfreieres Klangbild liefern können. Zudem nimmt die Wellenamplitude (d. h. die Lautstärke) paralleler Schallwellen weniger stark ab als Schallwellen, die von einem Punktstrahler erzeugt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das bewegbare Element so gelagert, dass das gesamte bewegbare Element entlang einer Anregungsrichtung bewegbar ist und somit über die Umsetzmittel oder durch Schalleinwirkung in eine kolbenartige Bewegung versetzbar ist.
Beispielsweise ist das bewegbare Element flächig ausgebildet und so gelagert, dass das gesamte bewegbare Element, einschließlich seines gesamten Randbereiches, in einer Richtung senkrecht zu seiner Haupterstreckungsebene bewegbar und somit über die Umsetzmittel oder durch Schalleinwirkung in eine kolbenartige Bewegung senkrecht zur Haupterstreckungsebene versetzbar ist. Der Rand des bewegbaren Elementes, d. h. die äußere Kontur der sich entlang der Haupterstreckungsebene erstreckenden Seiten des bewegbaren Elementes, ist senkrecht zur Haupterstreckungsebene ebenfalls bewegbar und nicht z. B. an einer Halterungseinrichtung des Wandlers festgelegt. Beispielsweise besteht keinerlei Verbindung des Randbereiches des bewegbaren Elementes zu einer Halterungseinrichtung oder einem sonstigen Element des Wandlers und der Wandler ist zudem so zu montieren, dass der Randbereich frei bewegbar ist.
Es ist jedoch auch möglich, dass im Randbereich des bewegbaren Elementes eine Vorrichtung vorgesehen ist, die einen Spalt zwischen dem bewegbaren Element und einer Halterungseinrichtung (z. B. in Form eines Rahmens) des akustischen Wandlers verschließt, die jedoch eine Bewegung des Randbereiches des bewegbaren Elementes senkrecht zu dessen Haupterstreckungsebene nicht behindert.
Des Weiteren kann das bewegbare Element so gelagert sein, dass nach Auslenken des bewegbaren Elementes nur eine vernachlässigbare Rückstellkraft auftritt. Dadurch wird z. B. ein Nachschwingen des bewegbaren Elementes, das z. B. bei einer Membran eines konventionellen Lautsprechers auftritt und damit eine ungewollte Tonerzeugung, vermieden.
Die Lagerung des bewegbaren Elementes ist insbesondere so ausgebildet, dass zur Schallerzeugung bzw. Schallaufnahme zwar ein Bewegen senkrecht zur Haupterstreckungsebene möglich ist, einem Bewegen des bewegbaren Elementes in einer Richtung parallel zu seiner Haupterstreckungsebene jedoch entgegengewirkt wird. Beispiele für die Realisierung einer derartigen Lagerung werden weiter unten erläutert.
Gemäß einer anderen Erfindungsvariante ist das bewegbare Element so gelagert, dass unterschiedliche Bereiche des bewegbaren Elementes in Phase, aber mit unterschiedlicher Auslenkung bewegbar sind. Beispielsweise ist das bewegbare Element schwenkbar mit einer Halterungseinrichtung (z. B. in Form eines Rahmens) des akustischen Wandlers gekoppelt. Somit lässt sich das bewegbare Element zur Schallerzeugung um eine Schwenkachse flügelartig hin und her bewegen. Dies kann insbesondere – bei Ausgestaltung des Wandlers als Lautsprecher – einen besonders räumlichen Klangeindruck hervorrufen.
Beispielsweise ist das bewegbare Element in Draufsicht rechteckig ausgebildet, wobei eine der Seiten des Rechtecks scharnierartig mit der Halterungseinrichtung gekoppelt ist. Etwa ist ein (z. B. einstückiges) Scharnier vorgesehen, das sich zwischen dem bewegbaren Element und der Halterungseinrichtung zumindest über einen Teil der Länge der besagten Seite des bewegbaren Elements erstreckt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass auch diese Variante der Erfindung nicht auf die rechteckige Ausbildung des bewegbaren Elementes beschränkt ist, sondern das bewegbare Element kann auch hier eine im Prinzip beliebige Kontur aufweisen, beispielsweise kreisförmig oder oval, wobei ein Abschnitt der Kontur scharnierartig mit der Halterungseinrichtung gekoppelt ist.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist der akustische Wandler ein erstes (z. B. flächiges) bewegbares Element, das schwenkbar mit einer Halterungseinrichtung gekoppelt ist, sowie ein zweites bewegbares Element auf, das vollständig linear entlang einer Anregungsrichtung, d. h. kolbenartig, bewegbar gelagert ist. Beispielsweise sind die beiden bewegbaren Elemente so gelagert, dass sie sich in Ruheposition in einer gemeinsamen Ebene erstrecken. In einer Variante sind die bewegbaren Elemente an einem gemeinsamen Rahmen gelagert.
Gemäß einer weiteren Variante sind zwei bewegbare Elemente vorgesehen, die jeweils schwenkbar mit einer Halterungseinrichtung verbunden sind, und die auf einander gegenüberliegenden Seiten eines linear (kolbenartig) bewegbaren Elementes angeordnet sind.
Gemäß einer anderen Weiterbildung ist eine Mehrzahl bewegbarer, insbesondere flächig ausgebildeter, Elemente vorgesehen, die unabhängig voneinander bewegbar gelagert sind. Beispielsweise ist jedes dieser bewegbaren Elemente so gelagert, dass es linear bewegbar ist. Denkbar ist jedoch auch eine Kombination mehrerer schwenkbar gelagerter bewegbarer Elemente mit einer Mehrzahl linear bewegbar gelagerter bewegbarer Elemente.
Die Umsetzmittel zum Umsetzen eines elektrischen Signals in eine Bewegung des bewegbaren Elementes und/oder zum Umsetzen einer Bewegung des bewegbaren Elementes in ein elektrisches Signal weisen beispielsweise mindestens eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes und mindestens eine mit dem bewegbaren Element verbundene und mit der Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes zusammenwirkende Spule auf. Es ist natürlich auch umgekehrt denkbar, dass mindestens eine stationäre Spule an einer Halterungseinrichtung des Wandlers und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes an dem bewegbaren Element angeordnet sind.
Die Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes umfasst beispielsweise mindestens einen Permanent- und/oder einen Elektromagneten, der ein stationäres Magnetfeld erzeugt, so dass das bei Stromfluss durch die Spule im Bereich der Spule entstehende Magnetfeld mit dem Magnetfeld des Permanentmagneten wechselwirkt und eine Bewegung der Spule und damit des bewegbaren Elementes relativ zu der Spule erzeugt wird. Die Verwendung einer derartigen Kombination eines Permanentmagneten und einer stromdurchflossenen Spule ist im Prinzip aus der Lautsprechertechnik bekannt. Die Spule kann einfach in die Membran im 90° Winkel eingesteckt sein.
Gemäß einer Variante der Erfindung ist die Spule (z. B. einlagig) so gewickelt, dass sie sich im Wesentlichen flach entlang einer Erstreckungsebene erstreckt. Beispielsweise ist die Spule so orientiert, dass sie sich entlang einer Erstreckungsebene erstreckt, die senkrecht zu dem bewegbaren Element verläuft. Darüber hinaus ist die Spule beispielsweise in einem Spulenhalter angeordnet, der insbesondere einen ersten Abschnitt (z. B. in Form eines Schaftes) aufweist, in dem die Spule angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt, der z. B. zumindest näherungsweise senkrecht zu dem ersten Abschnitt verläuft und der mit dem bewegbaren Element verbunden ist, d. h. der Spulenhalter ist im Wesentlichen T-förmig ausgestaltet. Die Verbindung zwischen dem zweiten Abschnitt und dem bewegbaren Element erfolgt beispielsweise stoffschlüssig.
Der Spulenhalter ist, z. B. einstückig und/oder aus einem möglichst biegesteifen, z. B. karbonhaltigen (etwa karbonfaserverstärkten) Material gefertigt. Die Spule ist z. B. aus Backlackdraht gewickelt und kann in den Spulenhalter eingebettet (etwa eingeschweißt oder eingegossen) oder in einer Aussparung des Spulenhalters angeordnet sein. Die Spule könnte aber auch einfach nur aufgedruckt sein. Das Einbetten bzw. Anordnen der Spule in einem biegesteifen Material wirkt einem Verbiegen der Spule bei Betrieb des akustischen Wandlers entgegen, so dass etwa Frequenzabweichungen, innere Reibung, Abstrahlungsrichtungsfehler und somit Effizienz- und Qualitätsverluste des akustischen Wandlers reduziert oder vermieden werden können.
Durch eine einlagige Drahtwicklung der Spule ist z. B. ihre Induktivität zugunsten der erreichbaren Leistung relativ zu mehrlagigen Spulen niedriger. Geringere Induktivität führt zu geringerer Resonanz (Eigenschwingung) der Spule und dadurch zu erhöhter Effizienz bei der Transformation der elektrischen in akustische Energie. Die Spule weist insbesondere einen kreisförmigen oder einen elliptischen Querschnitt auf. Beispielsweise besitzt die Spule an ihrer breitesten Stelle einen Durchmesser von max. 2 cm.
In einem Beispiel ist die Spule aus einem Draht von maximal 5 m gewickelt. Insbesondere kann bei Verwendung eines flächigen bewegbaren Elementes eine im Vergleich mit Spulen konventioneller Lautsprecher (in Bewegungsrichtung des bewegbaren Elementes gemessen) kürzere Spule verwendet werden. Dies ist möglich, da über die größere effektive Fläche des flächigen bewegbaren Elementes eine größere Luftmenge bewegt werden kann als bei einem kreisförmigen konventionellen Lautsprecher, so dass ein vergleichbarer Schalldruck (d. h. Lautstärke) mit einer geringeren Auslenkung des bewegbaren Elementes erzeugbar ist. Geringere Auslenkungen wiederum ermöglichen die Verwendung einer (oder mehrerer) kürzerer Spulen.
Des Weiteren kann die Spule so angeordnet werden, dass bei Verwendung eines flächigen bewegbaren Elementes nur derart geringe Auslenkungen des bewegbaren Elementes auftreten, dass sich die Spule im Wesentlichen nicht aus einem homogenen Bereich des stationären Magnetfelds hinausbewegt.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sind im Bereich der Spule Mittel zum Ableiten von Wärme angeordnet, beispielsweise in Form eines Ferrofluids. Das Anordnen eines Ferrofluids wird insbesondere durch eine flächige Ausgestaltung des bewegbaren Elementes ermöglicht, da es aufgrund der auftretenden relativ geringen Auslenkungen des bewegbaren Elementes zu keinem Verdrängen des Ferrofluids kommt. Eine gute Wärmeableitung von der Spule kann zudem durch das Material des Spulenhalters und/oder durch einen Kamineffekt einer Aussparung des Spulenhalters, in dem die Spule angeordnet ist, erreicht werden.
Das Ferrofluid bewegt sich selbstständig im Bereich der stärksten magnetischen Kräfte (stärksten Feldlinien) und ist insbesondere dadurch ausgezeichnet, dass es auf Grund der gewählten Korngröße ohne Trägerlösung fluide ist.
Zudem kann die Spule so in Bezug zur Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes angeordnet sein, dass zwischen der Spule und der Vorrichtung (z. B. ein Permanentmagnet) keine Reibung auftritt.
Des Weiteren können die Umsetzmittel des erfindungsgemäßen akustischen Wandlers eine Mehrzahl von Magnet-Spulen-Kombinationen, d. h. von Vorrichtungen zum Erzeugen eines Magnetfeldes aufweisen, denen jeweils eine mit dem bewegbaren Element verbundene Spule zugeordnet ist. Beispielsweise kann eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes (z. B. ein Permanent- oder Elektromagnet) auch mehreren Spulen zugeordnet sein. Die mehreren Spulen sind insbesondere in einem Raster angeordnet, wobei die Anzahl der Spulen (und der zugeordneten Vorrichtungen zum Erzeugen eines Magnetfeldes) insbesondere von der Größe des bewegbaren Elementes abhängt. Die Spulen werden z. B. parallel betrieben, wobei jedoch auch eine Reihenschaltung zumindest einiger der Spulen denkbar ist.
Mehrere, an unterschiedlichen Stellen des bewegbaren Elementes angeordnete Spulen unterstützen das biegeschwingungsfreie Bewegen des bewegbaren Elementes. Beispielsweise kann bei Vorhandensein mehrerer Spulen ein bewegbares Element geringerer Biegesteifigkeit verwendet werden. Gleichzeitig kann durch die Anordnung mehrerer Magnet-Spulen-Kombinationen ein Verkippen des bewegbaren Elementes verhindert werden.
Das bewegbare Element besitzt insbesondere eine raue oder poröse Oberfläche und weist beispielsweise ein elektrisch nicht leitendes Material, ein faserverstärktes Material, Karbon, einen Hartschaumstoff (z. B. Rohacell) und/oder ein Lignin auf. Beispielsweise ist das bewegbare Element in Form eines Schichtaufbaus realisiert, der etwa mindestens eine Lage aus Hartschaumstoff und mindestens eine Lage aus einem karbonfaserverstärkten Material umfasst. Es können jedoch auch mehr als jeweils zwei Lagen Hartschaumstoff und karbonfaserverstärktes Material vorgesehen sein, wobei die Lagen insbesondere abwechselnd angeordnet sind.
Die durch die Umsetzmittel angeregte oder durch Schalleinwirkung ausgelöste Bewegung des bewegbaren Elementes erfolgt abhängig von der Lagerung des bewegbaren Elementes insbesondere in einer Vorwärts- sowie in einer entgegengesetzt zur Vorwärtsrichtung orientierten Rückwärtsrichtung, d. h. z. B. linear entlang einer Vorwärts- und Rückwärtsrichtung bzw. bei schwenkbarer Lagerung des bewegbaren Elementes in einer Vorwärtsdrehrichtung und einer entgegengesetzten Rückwärtsdrehrichtung. Der akustische Wandler weist z. B. Ablenkmittel auf, die zumindest einen Teil der durch die Bewegung des bewegbaren Elementes in Rückwärtsrichtung oder Rückwärtsdrehrichtung erzeugten Schallwellen ablenken.
Insbesondere entstehen durch Bewegen des bewegbaren Elementes erste Schallwellen, die sich – bezogen auf eine flächige Ausgestaltung des bewegbaren Elementes – entlang einer Vorwärtsausbreitungsrichtung senkrecht zu dem bewegbaren Element bzw. bei schwenkbarer Lagerung des bewegbaren Elementes näherungsweise senkrecht zu dem bewegbaren Element in Ruheposition ausbreiten. Zudem entstehen zweite Schallwellen, die sich entlang einer zur Vorwärtsausbreitungsrichtung entgegengesetzten Rückwärtsausbreitungsrichtung fortpflanzen. Beispielsweise sind die Ablenkmittel so ausgebildet, dass sie zumindest einen Teil der zweiten Schallwellen in Richtung der ersten Schallwellen, d. h. in Vorwärtsausbreitungsrichtung, umlenken.
Gemäß dieser Variante des Wandlers kann z. B. ein Lautsprecher geschaffen werden, der nach „hinten”, d. h. in einer vom Hörer wegweisenden Richtung, abgestrahlten Schall zumindest teilweise nach vorne, d. h. auf den Hörer zu, umleitet. Durch diese zumindest teilweise Nutzung des nach hinten abgegeben Schalls kann sich z. B. ein verbesserter Wirkungsgrad des Lautsprechers ergeben.
In einer Ausgestaltung weisen die Ablenkmittel mindestens eine Öffnung in einem Rahmen und/oder einem Gehäuse des akustischen Wandlers auf. Insbesondere ist der akustische Wandler so ausgebildet, dass die sich in Rückwärtsausbreitungsrichtung fortpflanzenden Schallwellen so aus dem Rahmen und/oder dem Gehäuse austreten, dass sie sich im Wesentlichen phasenrichtig mit den in Vorwärtsausbreitungsrichtung angeregten Schallwellen überlagern.
Darüber hinaus kann der akustische Wandler auch Mittel zum drahtlosen Empfang des elektrischen Signals, das über die Umsetzmittel und das bewegbare Element in Schallwellen umgesetzt werden soll, aufweisen.
In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung einen akustischen Wandler, insbesondere wie zuvor beschrieben, mit

– einem zum Erzeugen von Schallwellen oder durch Schallwellen bewegbaren Element;
– Umsetzmitteln eines elektrischen Signals in eine Bewegung des bewegbaren Elementes und/oder zum Umsetzen einer Bewegung des bewegbaren Elementes in ein elektrisches Signal; und
– Mittel zum Lagern des bewegbaren Elementes, über die es an einer Halterungseinrichtung des akustischen Wandlers bewegbar gelagert ist, wobei
– das bewegbare Element über die Mittel zum Lagern schwenkbar mit der Halterungseinrichtung gekoppelt ist oder die Mittel zum Lagern des bewegbaren Elementes beabstandet zu einem äußeren Umfang des bewegbaren Elementes angeordnet sind, so dass das gesamte bewegbare Element linear bewegbar ist.

Das bewegbare Element demnach um eine Schwenkachse schwenkbar (drehbar) mit der Halterungseinrichtung gekoppelt, so dass das gesamte bewegbare Element um die Schwenkachse verschwenkt werden kann. Die Schwenkachse verläuft insbesondere entlang eines Abschnitts eines äußeren Umfanges des bewegbaren Elementes. Insbesondere ist das bewegbare Element hinreichend starr ausgebildet, so dass bei einer Schwenkbewegung oder einer linearen Bewegung des bewegbaren Elementes dieses im Wesentlichen keine Biegeschwingungen ausführt.
Insbesondere ist das bewegbare Element flächig ausgebildet und die Mittel zum Lagern des bewegbaren Elementes sind z. B. in Form eines Scharniers ausgebildet, das eine (schmale) Seite des bewegbaren Elementes mit der Halterungseinrichtung des Wandlers schwenkbar koppelt.
Gemäß einer anderen Variante sind die Mittel zum Lagern beabstandet zu einer äußeren Kontur (Rand) des (flächig ausgestalteten) bewegbaren Elementes angeordnet. Dies insbesondere so, dass der gesamte Rand oder zumindest ein Abschnitt des Randes des bewegbaren Elementes in Schallerzeugungsrichtung (d. h. senkrecht zur Haupterstreckungsebene des flächigen bewegbaren Elementes) bewegbar ist.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Variante umfassen die Mittel zum Lagern des bewegbaren Elementes eine Vorrichtung zum Ausüben einer Magnetkraft, über die das bewegbare Element an der Halterungseinrichtung gelagert ist. Die Halterungseinrichtung ist z. B. ein Rahmen, der das bewegbare Element mit einem Abschnitt umgibt und insbesondere beabstandet zu dem bewegbaren Element verläuft, wobei ein anderer, z. B. stegartiger Abschnitt des Rahmens zur Lagerung des bewegbaren Elementes dient. Beispielsweise sind auch andere Bestandteile des akustischen Wandlers an diesem Rahmen (bzw. an mit dem Rahmen verbundenen Strukturen) angeordnet, z. B. eine Vorrichtung (etwa ein Permanentmagnet) zum Erzeugen eines Magnetfeldes, die zu den Umsetzmitteln gehört. Zudem kann die Halterungseinrichtung auch Strukturen aufweisen, über die der Wandler befestigt, z. B. an einer Wand aufgehängt, werden kann.
Die Mittel zum Lagern des bewegbaren Elementes durch Magnetkraft umfassen z. B. ein erstes magnetisches Element, das an einer der Halterungseinrichtung zugewandten Seite des bewegbaren Elementes angeordnet ist, sowie zumindest ein zweites (z. B. an der Halterungseinrichtung befestigtes) magnetisches Element, das mit dem ersten magnetischen Element zusammenwirkt und somit die Lagerung des bewegbaren Elementes bewirkt. Insbesondere sind die magnetischen Elemente so ausgebildet und angeordnet, dass eine Bewegung des bewegbaren Elementes quer zu dessen Haupterstreckungsebene möglich ist, einem Bewegen in einer Richtung entlang der Haupterstreckungsrichtung jedoch entgegengewirkt wird.
Wie oben bereits beschrieben, umfassen die Umsetzmittel mindestens eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes und mindestens eine mit dem bewegbaren Element verbundene und mit der Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes zusammenwirkende Spule. In einer anderen Ausführungsform der zweiten Erfindungsvariante sind die Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes und die Spule gleichzeitig Teil der Mittel zum Lagern des bewegbaren Elementes, so dass das bewegbare Element über das Magnetfeld gelagert ist, das durch die Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes und die Spule erzeugt wird.
Beispielsweise sind neben der Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes und der Spule bzw. einer Mehrzahl von Vorrichtungen und entsprechend einer Mehrzahl von Spulen keine weiteren Elemente zur Lagerung des bewegbaren Elementes vorgesehen, d. h., das bewegbare Element ist ausschließlich über das Magnetfeld gelagert, das durch die Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes und durch die Spule erzeugt wird. Beispielsweise ist die Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes, z. B. ein Permanentmagnet, an der Halterungseinrichtung des akustischen Wandlers gelagert, insbesondere mit der Halterungseinrichtung verbunden.
Allerdings müssen die Mittel zum Lagern des bewegbaren Elementes nicht zwingend zur magnetischen Lagerung ausgebildet sein. Beispielsweise können die Mittel zum Lagern auch mechanische Strukturen zum Lagern des bewegbaren Elementes umfassen, z. B. einen Führungsmechanismus, der ein Bewegen des bewegbaren Elementes in Schallerzeugungsrichtung zulässt, einem Bewegen quer zur Schallerzeugungsrichtung jedoch entgegenwirkt. Es ist auch möglich, dass die magnetische und die mechanische Lagerung in Kombination verwendet werden.
Die Erfindung umfasst auch einen Lautsprecher oder ein Mikrofon (bzw. eine Kombination aus beidem) mit einem akustischen Wandler gemäß der obigen Beschreibung.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein bewegbares Element für einen akustischen Wandler, insbesondere wie oben beschrieben, zum Erzeugen und/oder Empfangen von Schallwellen, das einen Schichtaufbau aufweist, der mindestens eine erste und eine zweite Lage aufweist, wobei die erste Lage biegesteifer als die zweite Lage ist und die zweite Lage eine höheren (mechanischen) Dämpfungsfaktor als die erste Lage aufweist, d. h. mechanische Schwingungen durch die zweite Lage stärker gedämpft werden als durch die erste Lage.
Beispielsweise weist die erste Lage ein faserverstärktes Material (insbesondere einem karbonfaserverstärkten Material) auf (oder ist aus einem solchen Material gebildet) und die zweite Lage einen Hartschaumstoff, insbesondere Rohacell. Insbesondere weist der Schichtaufbau mehrere abwechselnde erste und zweiten Lagen, z. B. mehrere abwechselnde Lagen aus einem faserverstärkten Material und einem Hartschaumstoff, auf.
In einem anderen Aspekt der Erfindung weist das bewegbare Element ein erstes Material auf, das nicht unbedingt als Lage ausgebildet sein muss, und ein zweites Material, das ebenfalls nicht zwingend als Lage ausgebildet ist. Das erste Material ist biegesteifer als das zweite Material, während das zweite Material eine höhere Dämpfungskonstante als das erste Material aufweist.
Es ist jedoch auch denkbar, dass das bewegbare Element des akustischen Wandlers keinen Schichtaufbau aufweist, sondern nur aus einer einzigen Lage besteht. Beispielsweise kann diese Lage einen festen Schaum, z. B. einen Carbonschaum und/oder einen Metallschaum (insbesondere einen Nickelschaum) aufweisen oder aus einem derartigen (oder einem sonstigen) festen Schaum bestehen. Diese Ausgestaltung des bewegbaren Elementes kommt insbesondere bei kleinen Abmessungen des bewegbaren Elementes in Frage, z. B. bei einem bewegbaren Element mit einer Fläche von bis zu 10 cm × 10 cm. Bewegbare Elemente, die flächig und mit derart kleinen Flächen ausgebildet sind, eignen sich insbesondere bei Verwendung des akustischen Wandlers in portablen Geräten wie z. B. einem Mobiltelefon oder einem MP3-Player.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Anordnung zum Bewegen eines bewegbaren Elementes eines akustischen Wandlers, mit einer Spule, die so gewickelt ist, dass sie sich im Wesentlichen flach erstreckt. Beispielsweise ist die Spule wie weiter oben bereits beschrieben ausgebildet; z. B. ist die Spule in einen Spulenhalter eingebettet oder angeordnet, wobei der Spulenhalter insbesondere ein faserverstärktes (z. B. karbonfaserverstärktes) Material aufweist.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Erzeugen und/oder Empfangen von Schallwellen, mit den Schritten:

– Bereitstellen eines zum Erzeugen von Schallwellen oder durch Schallwellen bewegbaren Elementes sowie von Umsetzmitteln zum Umsetzen eines elektrischen Signals in eine Bewegung des bewegbaren Elementes und/oder zum Umsetzen einer Bewegung des bewegbaren Elementes in ein elektrisches Signal; und
– Bewegen des bewegbaren Elementes über die Umsetzmittel derart, dass keine Biegeschwingungen des bewegbaren Elementes auftreten.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Draufsicht eines akustischen Wandlers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 bis 5 Ansichten eines akustischen Wandlers gemäß 1;
6 eine perspektivische Darstellung eines akustischen Wandlers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
7 eine perspektivische Darstellung eines bewegbaren Elements eines akustischen Wandlers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
8 einen Querschnitt eines bewegbaren Elements gemäß 7 mit einem Schichtaufbau gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen akustischen Wandler in Form eines Lautsprechers 1. Der Lautsprecher 1 weist drei benachbart zueinander angeordnete bewegbare Elemente in Form bewegbar gelagerter, rechteckiger Platten 21–23 auf. Die Platten 21–23 ersetzen jeweils eine Membran eines herkömmlichen Lautsprechers und werden in Abhängigkeit von einem elektrischen Signal, das eine akustische Information trägt, bewegt. Durch das Bewegen der Platten 21–23 werden Schallwellen angeregt, so dass die mittels des elektrischen Signals übertragene akustische Information hörbar wird.
Die Platten 21–23 sind derart biegesteif ausgebildet, dass sie keine Biegeschwingungen ausführen, wenn sie zur Schallerzeugung bewegt werden, um eine möglichst störungsfreie Wiedergabe des akustischen Signals zu erzielen.
Zum Bewegen der Platten 21 bis 23 sind Umsetzmittel in Form einer Mehrzahl von Magnet-Spulen-Kombinationen 3 vorgesehen, die das an die Umsetzmittel übermittelte elektrischen Signal in eine Hin- und Herbewegung der Platten 21 bis 23 umsetzen. Die Magnet-Spulen-Kombinationen 3 sind an einer Rückseite der Platten 21 bis 23 angeordnet, die bei Betrieb des Lautsprechers 1 dem Hörer abgewandt ist.
Eine der Platten (Platte 22) ist mittig zwischen den beiden anderen Platten 21, 23 angeordnet und so gelagert, dass sie sich vollständig, einschließlich ihres Randes, in einer Richtung senkrecht zu ihrer Haupterstreckungsebene (entlang derer sich die bei Betrieb dem Hörer zugewandte Vorderseite und die dem Hörer abgewandte Rückseite der Platte 22 erstreckt) kolbenartig bewegt, wenn sie über die Magnet-Spulen-Kombinationen 3 angeregt wird.
Die beiden seitlichen Platten 21, 23 sind hingegen jeweils über eine der mittleren Platte 22 zugewandten Seite 211, 231 schwenkbar mit einer Halterungsvorrichtung (in 1 nicht dargestellt) verbunden. Die jeweils übrigen drei schmalen, senkrecht zur Vorder- und Rückseite der Platten 21, 23 verlaufenden Seiten der äußeren Platten 21, 23 sind hingegen frei bewegbar, so dass die Platten 21, 23 bei Anregung durch die Magnet-Spulen-Kombinationen 3 jeweils um eine zumindest näherungsweise entlang der der mittleren Platte 22 zugewandten Seite 211, 231 verlaufenden Drehachse verschwenkt werden und jeweils eine flügelartige Schwenkbewegung um diese Drehachsen ausführen.
Die mittlere Platte 22 ist, um eine lineare, kolbenartige Hin- und Herbewegung der gesamten Platte 2 senkrecht zu ihrer Haupterstreckung zu ermöglichen, weder über ihren Randbereich noch mit einem sonstigen Bereich fest mit der Halterungseinrichtung des Lautsprechers verbunden. Die Lagerung der mittleren Platte 22 erfolgt über Mittel zum Lagern, die beabstandet zu dem Rand der Platte 22 positioniert sind. Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 bilden die an der Platte 22 angeordneten Magnet-Spulen-Kombinationen 3 gleichzeitig auch Mittel zum Lagern der Platte, wobei die Platte 22 ausschließlich über das von den an ihr angeordneten Magnet-Spulen-Kombinationen 3 erzeugte Magnetfeld gelagert wird. Diese Lagerung ermöglicht einerseits die Bewegungsfreiheit der Platte 22 in einer Richtung senkrecht zu Ihrer Haupterstreckungsebene und wirkt gleichzeitig einem Verrutschen der Platte in einer Richtung parallel zu ihrer Haupterstreckungsebene entgegen.
Die äußeren Platten 21, 23 sind zwar in gewissen Maße ebenfalls über das Magnetfeld der jeweils in ihrem Bereich angeordneten Magnet-Spulen-Kombinationen 3 gelagert, allerdings sind sie zusätzlich über eine Schwenklagerung mit der Halterungseinrichtung verbunden, wie oben beschrieben.
Die mittlere Platte 22 ist insbesondere so ausgelegt und gelagert, dass sie zum Anregen hochfrequenterer Schallwellen als die beiden äußeren Platten 21, 23 dient, d. h. die mittlere Platte 22 dient als Hochtöner des Lautsprechers 1, während die äußeren Platten 21, 23 Mittel- und Tieftöner des Lautsprechers realisieren. Die mittlere Platte 22 besitzt zudem eine geringe Fläche als die beiden äußeren, schwenkbar gelagerten Platten 21, 23.
In einer (nicht dargestellten) Variante sind auch die äußeren Platten so gelagert, dass sie wie die mittlere Platte eine kolbenartige Bewegung (und keine Schwenkbewegung) ausführen. Hierzu ist ist beispielsweise ausreichend, wenn im Bereich der äußeren Platten jeweils zwei Spulen angeordnet sind. Die Spulen sind insbesondere so hintereinander angeordnet, dass sie sich in einer gemeinsamen Ebene erstrecken. Diese Ebene verläuft parallel zu zwei einander gegenüberliegenden Seiten der jeweiligen Platte und etwa mittig in Bezug auf die beiden anderen Seiten der jeweiligen Platte.
Die 2 bis 5 zeigen weiteren Ansichten eines Lautsprechers 1 gemäß 1, wobei der Lautsprecher jeweils in perspektivischer Darstellung gezeigt ist. 3 zeigt einen Schnitt durch den Lautsprecher der 2. 5 zeigt eine zur Veranschaulichung des Lautsprechers 1 teilweise transparente Darstellung. Der in den 2 bis 5 dargestellte Lautsprecher entspricht bis auf die Anzahl der Magnet-Spulen-Kombinationen dem Lautsprecher der 1.
Gemäß z. B. 3 weist der Lautsprecher 1 eine Halterungseinrichtung auf, die einen Rahmen 4 umfasst, der die Platten 21–23 umgibt. Der Rahmen 4 ist mit einem Abstand zu den dem Rahmen 4 zugewandten Seiten der Platten 21–23 angeordnet, so dass diese Seiten der Platten nicht an dem Rahmen 4 festgelegt, sondern frei beweglich gelagert sind. Zwischen den dem Rahmen 4 zugewandten Seiten der Platten 21–23 und einem den Platten 21–23 zugewandten inneren Umfang des Rahmens 4 besteht somit ein (z. B. luftgefüllter) Spalt, der sich insbesondere entlang des gesamten inneren Umfangs des Rahmens erstreckt.
Die Lagerung der Platten 21–23 erfolgt, wie oben bereits erläutert, über die scharnierartige Verbindung der äußeren Platten 21–23 mit der Halterungseinrichtung (z. B. mit einem mit dem Rahmen 4 verbundenen Steg, wie weiter unten erläutert) und/oder über das Magnetfeld der Magnet-Spulen-Kombinationen 3 zum Anregen einer Bewegung der Platten 21–23.
Die Halterungseinrichtung umfasst neben dem Rahmen 4 drei im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende Stege 5, die jeweils mit einem ersten Ende mit einer ersten Seite des Rahmens 4 und mit einem zweiten Ende mit einer der ersten Seite des Rahmens 4 gegenüberliegenden Seite des Rahmens verbunden sind. An den Stegen 5 ist jeweils mindestens eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes in Form zweier Permanentmagnete 61, 62 vorgesehen, die jeweils an einander gegenüberliegenden Seiten eines Schlitzes 51 in den Stegen 5 angeordnet sind.
Eine vergrößerte Darstellung einer der Spulen-Magnet-Kombinationen 3, deren Bestandteil die Permanentmagnete 61, 62 sind, zeigt die 4. In dem Schlitz 51 der Stege 5 ist eine Spule 7 relativ zu den Magneten 61, 62 bewegbar angeordnet. Die Spule 7 befindet sich in einer Aussparung 81 eines T-förmig ausgebildeten Spulenhalters 8, d. h. der Spulenhalter 8 weist ein erstes Teilstück 82, in dem sich die Aussparung 81 befindet, sowie ein zweites Teilstück 83, das senkrecht zu dem ersten Teilstück 82 und näherungsweise parallel zu den bewegbaren Platten 21 bis 23 verläuft, auf.
Der Spulenhalter 8 ist über sein zweites Teilstück 83 mit der Platte 21 verbunden, wobei diese Verbindung beispielsweise über einen Klebstoff hergestellt wird. Durch das bei Stromfluss durch die Spule 7 in ihrem Bereich entstehende Magnetfeld, das mit dem Magnetfeld der Permanentmagnete 61, 62 wechselwirkt, entsteht eine Bewegung der Spule 7, die über die Verbindung des Spulenhalters 8 mit der Platten 21 an diese weitergegeben wird, so dass die Platte 21 relativ zu dem Steg 5 der Halterungseinrichtung in eine Schwenkbewegung versetzt wird. Diese Schwenkbewegung erzeugt, wie erwähnt, Schallwellen, wodurch die akustische Information des die Spule 7 durchfließenden elektrischen Signals hörbar wird. In analoger Weise versetzen die im Bereich der beiden anderen Platten 22, 23 angeordneten Magnet-Spulen-Kombinationen die Platten 22, 23 in Bewegung. Beispielsweise ist die Platte 22 über die in ihrem Bereich vorgesehenen Magnet-Spulen-Kombinationen relativ zu den Stegen 5 bewegbar an diesen gelagert.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf eine bestimmte Anzahl von bewegbaren Platten und/oder Magnet-Spulen-Kombinationen festgelegt ist. So kann zur Wiedergabe (oder auch Aufnahme) von akustischen Informationen beispielsweise auch nur eine bewegbare Platte verwendet werden, die beispielsweise nicht über ihren Rand, sondern nur über die Magnet-Spulen-Kombinationen gelagert ist.
Des Weiteren ist z. B. auch denkbar, dass eine einzelne Platte für den Lautsprecher verwendet wird, die an einer ihrer schmalen Seiten schwenkbar mit einer Halterungsvorrichtung gekoppelt ist, um ein flügelartiges Bewegen der Platte zu ermöglichen. Ein derartiges Beispiel ist in 6 gezeigt. Hier umfasst ein erfindungsgemäßer Lautsprecher 1 eine im Wesentlichen rechteckig ausgestaltete Platte 21. Die Platte 21 ist an einer ihrer längeren Seiten 211 scharnierartig mit einer Halterungsvorrichtung gekoppelt, so dass die Platte 21 zu Schwingungen um eine näherungsweise parallel zu der Seite 211 verlaufende Drehachse angeregt werden kann. Die Anregung der Platte 21 erfolgt wie in dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel über in 6 nicht dargestellte Magnet-Spulen-Kombinationen.
7 zeigt schematisch ein bewegbares Element eines erfindungsgemäßen akustischen Wandlers in Form einer rechteckigen Platte 21. An der Platte sind zwei Spulen 7 angeordnet, die sich jeweils in einem Spulenhalter 8 befinden, wie weiter oben z. B. mit Bezug auf 4 bereits beschrieben wurde. Die Spulenhalter 8 sind parallel zu einem Paar einander gegenüberliegender Seiten der Platte 21 und mit einem Abstand zu den Seiten der Platte 21 (z. B. mittig in Bezug auf zumindest eine der Seiten der Platte 21) angeordnet, wobei jeweils das erste Teilstück 82 der Spulenhalter 8 senkrecht zu der Haupterstreckungsebene der Platte 21 ausgerichtet ist. Das zweite Teilstück 83 der Spulenhalter 8, das senkrecht zu dem ersten, näherungsweise rechteckigen Teilstück 82 verläuft, ist jeweils parallel zur Haupterstreckungsebene der Platte 21 orientiert in die Platte 21 eingebettet; vgl. 8.
Im vorliegenden Beispiel weist die Platte 21 eine Fläche von ca. 380 mm × 280 mm und die Spulenhalter 8 eine Länge L der längeren Seiten des Spulenhalterteilstücks 82 (die parallel zur Haupterstreckungsrichtung der Platte 21 verlaufen) von ca. 150 mm auf. Die Länge der kürzeren Seiten des Spulenhalterteilstücks 82, d. h. die von der Oberfläche der Platte 21 aus gemessenen Höhe H dieses Spulenhalterteilstücks 82, beträgt z. B. ca. 5 mm. Des Weiteren können die Spulenhalter 8 mit ihrem jeweils ersten Teilstück 82 mit einem Abstand A von ca. 15 mm zu den äußeren, zu den Spulenträgern 8 senkrechten Rändern der Platte 21 und mit einem Abstand B von 40 mm zueinander auf einer Linie parallel zur längeren Seite der Platte 21 angeordnet sein. Selbstverständlich sind die oben genannten Zahlenwerte nur beispielhaft. Die Erfindung ist nicht auf bestimmte Abmessungen der Platte oder auf eine bestimmte Anordnung der Spulenhalter beschränkt.
8 zeigt schematisch den Schnitt durch die Platte 21 der 7 im Bereich eines der Spulenhalter 8 (entlang der Linie X-X). Der Schichtaufbau weist fünf plan-parallele Lagen 91, 92, 93, 94, 95 auf, wobei die Lagen 91, 93, 95 aus einem Hartschaumstoff, insbesondere Rohacell, und zwei weitere Lagen 92, 94 aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff (CFK) bestehen. Die Hartschaumstoff-Lagen 91, 93, 95 sind dabei abwechselnd mit den CFK-Lagen 92, 94 angeordnet, so dass die Hartschaumstoff-Lage 93 in der Mitte des Schichtaufbaus angeordnet ist, dann jeweils auf beiden Seiten eine CFK-Lage 92, 94 folgt und die zwei Hartschaumstoff-Lagen 91, 95 die beiden äußersten Lagen des Schichtaufbaus bilden.
Mit der Platte 21 ist der Spulenhalter 8 dadurch verbunden, dass dessen zweites Teilstück 83 parallel zur Haupterstreckungsebene in den Schichtaufbau eingebettet ist. Insbesondere ist zumindest ein Bereich des zweiten Teilstücks 83 in eine der Lagen 91–95, z. B. in eine der CFK-Lagen 92, 94, eingebettet, wobei sich beispielweise das erste Teilstück 82 des Spulenhalters 8 durch mindestens eine der Lagen 91–95 (z. B. durch die Hartschaumstoff-Lage 91) hindurch erstreckt, d. h. mit einem Abschnitt im Innern der Platte 21 verläuft. Das übrige erste Teilstück 82 ragt aus der Platte 21 heraus und ist senkrecht zur Oberfläche der Platte 21 ausgerichtet.
In einer Ausführungsmöglichkeit der Erfindung weisen die beiden CFK-Lagen 92, 94 und die beiden äußeren Hartschaumstoff-Lagen 91, 95 jeweils die gleiche Dicke auf, wobei die Dicke der Hartschaumstoff-Lagen 91, 95 verschieden (z. B. größer) sein kann von der Dicke der CFK-Lagen 92, 94 (z. B. 0,2 mm für die CFK-Lagen und 1,0 mm für die Hartschaumstoff-Lagen). Die mittlere Hartschaumstoff-Lage 93 kann wiederum eine von den äußeren Lagen verschiedene (z. B. größere) Dicke aufweisen; z. B. 2 mm, wobei die Gesamtdicke D des Schichtaufbaus mit den Lagen 91–95 dann beispielsweise ca. 5 mm beträgt. Erfindungsgemäße Ausführungen sind jedoch nicht auf fünf Lagen und die oben beschriebene Anordnung und die genannten Abmessungen der Hartschaumstoff-Lagen und der CFK-Lagen beschränkt, sondern es sind auch mehr oder weniger Lagen denkbar, z. B. auch mit anderen schichtartigen Materialanordnungen.
Bezugszeichenliste

1: Lautsprecher
3: Magnet-Spulen-Kombination
4: Rahmen
5: Steg
7: Spule
8: Spulenhalter
21, 22, 23: Platte
51: Schlitz
61, 62: Permanentmagnet
81: Aussparung
82: erstes Teilstück
83: zweites Teilstück
91, 93, 95: Hartschaumstoff-Lage
92, 94: CFK-Lage
211, 231: Seite
A, B: Abstand
D: Gesamtdicke
H: Höhe
L: Länge

Claims

Akustischer Wandler zum Erzeugen und/oder Empfangen von Schallwellen, mit – einem zum Erzeugen von Schallwellen oder durch Schallwellen bewegbaren Element (21–23); und – Umsetzmitteln (3) zum Umsetzen eines elektrischen Signals in eine Bewegung des bewegbaren Elementes (21–23) und/oder zum Umsetzen einer Bewegung des bewegbaren Elementes (21–23) in ein elektrisches Signal, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzmittel so beschaffen sind und das bewegbare Element derart gelagert und starr ausgebildet ist, dass bei Bewegen des bewegbaren Elementes (21–23) über die Umsetzmittel oder bei Einwirken von Schallwellen auf das bewegbare Element (21–23) Biegeschwingungen des bewegbaren Elementes vermieden werden.
Akustischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Element (21–23) so angeordnet und derart biegesteif ausgebildet ist, dass Biegeschwingungen des bewegbaren Elementes (21–23) vermieden werden, wenn es mit einer Frequenz von 5000 Hz bewegt wird.
Akustischer Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Element (21–23) so angeordnet und derart biegesteif ausgebildet ist, dass Biegeschwingungen des bewegbaren Elementes (21–23) vermieden werden, wenn es mit einer Frequenz zwischen 100 und 15.000 Hz bewegt wird.
Akustischer Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Element (21–23) so gelagert und ausgebildet ist, dass sich sämtliche Bereiche des bewegbaren Elementes (21–23) gleichzeitig und phasengleich bewegen.
Akustischer Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Element (21–23) flächig ausgebildet ist.
Akustischer Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Element (21–23) so gelagert ist, dass das gesamte bewegbare Element (21–23) linear entlang einer Anregungsrichtung bewegbar und somit über die Umsetzmittel (3) oder durch Schalleinwirkung in eine kolbenartige Bewegung versetzbar ist.
Akustischer Wandler nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Element (21–23) so gelagert ist, dass das gesamte bewegbare Element, einschließlich seines gesamten Randbereiches, in einer Richtung senkrecht zu seiner Haupterstreckungsebene bewegbar ist.
Akustischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Element (21–23) so gelagert ist, dass unterschiedliche Bereiche des bewegbaren Elementes in Phase, aber mit unterschiedlicher Auslenkung bewegbar sind.
Akustischer Wandler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Element (21–23) schwenkbar mit einer Halterungseinrichtung des akustischen Wandlers gekoppelt ist.
Akustischer Wandler nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Element (21, 23) flächig und in Draufsicht rechteckig ausgebildet ist und über eine seiner Seiten (211, 231) schwenkbar mit der Halterungseinrichtung verbunden ist.
Akustischer Wandler nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch ein weiteres bewegbares Element (22), das so gelagert ist, dass das gesamte weitere bewegbare Element (22) linear bewegbar ist.
Akustischer Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl bewegbarer Elemente (21–23), die so gelagert und ausgebildet sind, dass sie unabhängig voneinander bewegbar sind.
Akustischer Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzmittel (3) mindestens eine Vorrichtung (61, 62) zum Erzeugen eines Magnetfeldes und mindestens eine mit dem bewegbaren Element (21–23) verbundene und mit der Vorrichtung (61, 62) zum Erzeugen eines Magnetfeldes zusammenwirkende Spule (7) umfassen.
Akustischer Wandler nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Vorrichtungen (3) zum Erzeugen eines Magnetfeldes, wobei diesen Vorrichtungen jeweils mindestens eine mit dem bewegbaren Element (21–23) verbundene Spule (7) zugeordnet ist.
Akustischer Wandler nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (7) sich im Wesentlichen flach erstreckt.
Akustischer Wandler nach einem der Ansprüche 13 bis 15, gekennzeichnet durch einen Spulenhalter (8), in dem die Spule (7) angeordnet ist.
Akustischer Wandler nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenhalter (8) einen ersten Abschnitt (82), in dem die Spule (7) angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt (83), der sich zumindest näherungsweise senkrecht zum dem ersten Abschnitt (82) erstreckt und der mit dem bewegbaren Element (21–23) verbunden ist, aufweist.
Akustischer Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Element (21–23) ein faserverstärktes Material, Karbon, einen Hartschaumstoff, insbesondere Rohacell, und/oder Lignin aufweist.
Akustischer Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Element (21–23) einen Schichtaufbau aufweist.
Akustischer Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch – einen Schichtbau, der eine erste und eine zweite Lage (91–95) aufweist, wobei – die erste Lage (92, 94) biegesteifer als die zweite Lage (91, 93, 95) ist; und – die zweite Lage (91, 93, 95) einen höheren Dämpfungsfaktor als die erste Lage (92, 94) aufweist.
Akustischer Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lage ein faserverstärktes Material und die zweite Lage einen Hartschaumstoff umfasst.
Akustischer Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – bei Bewegen des bewegbaren Elementes (21–23) erste Schallwellen, die sich im Wesentlichen in einer Vorwärtsausbreitungsrichtung ausbreiten, und zweite Schallwellen, die sich im Wesentlichen in einer zur Vorwärtsausbreitungsrichtung entgegengesetzten Rückwärtsausbreitungsrichtung ausbreiten, angeregt werden; und – der akustische Wandler Ablenkmittel aufweist, die zumindest einen Teil der zweiten Schallwellen aus der Rückwärtsausbreitungsrichtung ablenken.
Akustischer Wandler nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkmittel zumindest einen Teil der zweiten Schallwellen in Vorwärtsausbreitungsrichtung umlenken.
Akustischer Wandler nach Anspruch 22 oder 23, gekennzeichnet durch einen Rahmen (4) und/oder ein Gehäuse, wobei die Ablenkmittel mindestens eine Öffnung in dem Rahmen (4) und/oder dem Gehäuse zum Ableiten der zweiten Schallwellen aufweist.
Akustischer Wandler zum Erzeugen und/oder Empfangen von Schallwellen, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit – einem zum Erzeugen von Schallwellen oder durch Schallwellen bewegbaren Element (21–23); – Umsetzmitteln (3) zum Umsetzen eines elektrischen Signals in eine Bewegung des bewegbaren Elementes und/oder zum Umsetzen einer Bewegung des bewegbaren Elementes in ein elektrisches Signal; und – Mittel zum Lagern des bewegbaren Elementes, über die es an einer Halterungseinrichtung des akustischen Wandlers bewegbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Element (21–23) über die Mittel zum Lagern derart schwenkbar mit der Halterungseinrichtung gekoppelt ist, dass das gesamte bewegbare Element (21–23) um eine Schwenkachse verschwenkt werden kann, oder das bewegbare Element (21–23) über die Mittel zum Lagern derart beabstandet zu einem äußeren Umfang des bewegbaren Elementes gelagert ist, dass das gesamte bewegbare Element linear bewegbar ist.
Akustischer Wandler nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Element ausschließlich über die zu einem äußeren Umfang beabstandeten Mittel zum Lagern gelagert ist.
Akustischer Wandler nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Lagern das bewegbare Element (21–23) durch Magnetkraft an der Halterungseinrichtung lagern.
Akustischer Wandler nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Bewegen des bewegbaren Elementes mindestens eine Vorrichtung (61, 62) zum Erzeugen eines Magnetfeldes und mindestens eine mit dem bewegbaren Element (21–23) verbundene und mit der Vorrichtung (61, 62) zum Erzeugen eines Magnetfeldes zusammenwirkende Spule (7) umfassen, wobei die Vorrichtung (61, 62) zum Erzeugen eines Magnetfeldes und die Spule (7) gleichzeitig Teil der Mittel zum Lagern des bewegbaren Elementes sind, so dass das bewegbare Element (21–23) über das Magnetfeld gelagert ist, das durch die Vorrichtung (61, 62) zum Erzeugen eines Magnetfeldes und die Spule (7) erzeugt wird.
Akustischer Wandler nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Element (21–23) ausschließlich über das Magnetfeld gelagert ist, das durch die Vorrichtung (61, 62) zum Erzeugen eines Magnetfeldes und durch die Spule (7) erzeugt wird.
Akustischer Wandler nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (61, 62) zum Erzeugen eines Magnetfeldes an der Halterungseinrichtung gelagert ist.
Akustischer Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Element aus einem Material gebildet ist, das ein Elastizitätsmodul von mindestens 30 GPa, insbesondere von mindestens 100 GPa aufweist.
Lautsprecher oder Mikrofon mit einem akustischen Wandler gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Bewegbares Element für einen akustischen Wandler, insbesondere für einen akustischen Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 31, gekennzeichnet durch – einen Schichtaufbau, der mindestens eine erste und eine zweite Lage (91–95) aufweist, wobei – die erste Lage (92, 94) biegesteifer als die zweite Lage (91, 93, 95) ist; und – die zweite Lage (91, 93, 95) einen höheren Dämpfungsfaktor als die erste Lage aufweist.
Bewegbares Element nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lage ein faserverstärkten Material, insbesondere ein kohlenstofffaserverstärkten Material, und die zweite Lage einen Hartschaumstoff, insbesondere Rohacell, aufweist.
Bewegbares Element nach Anspruch 33 oder 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtaufbau eine Mehrzahl abwechselnd angeordneter erster und zweiter Lagen.
Bewegbares Element für einen akustischen Wandler, insbesondere für einen akustischen Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem festen Schaum, insbesondere einem Carbon- oder einem Metallschaum, gebildet ist.
Akustischer Wandler zum Erzeugen und/oder Empfangen von Schallwellen mit einem zum Erzeugen von Schallwellen oder durch Schallwellen bewegbaren Element (21–23), das gemäß einem der Ansprüche 33 bis 36 ausgebildet ist.
Akustischer Wandler zum Erzeugen und/oder Empfangen von Schallwellen, mit – einem zum Erzeugen von Schallwellen oder durch Schallwellen bewegbaren Element (21–23); und – Umsetzmitteln (3) zum Umsetzen eines elektrischen Signals in eine Bewegung des bewegbaren Elementes (21–23) und/oder zum Umsetzen einer Bewegung des bewegbaren Elementes (21–23) in ein elektrisches Signal, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Element (21–23) flächig ausgebildet ist und eine Biegesteifigkeit bezogen auf eine Richtung senkrecht zu seiner Haupterstreckungsebene von mindestens 100 Nm², insbesondere von mindestens 300 Nm², und/oder ein Material mit einem Elastizitätsmodul von mindestens 100 GPa aufweist.
Akustischer Wandler nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Element gemäß einem der Ansprüche 33 bis 36 ausgebildet ist.
Anordnung zum Bewegen eines bewegbaren Elementes eines akustischen Wandlers, mit einer Spule (7), die so gewickelt ist, dass sie sich im Wesentlichen flach erstreckt.
Anordnung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (7) in einen Spulenhalter (8) eingebettet ist.
Anordnung nach Anspruch 40 oder 41, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenhalter (8) ein faserverstärktes Material aufweist.
Verfahren zum Erzeugen und/oder Empfangen von Schallwellen, mit den Schritten: – Bereitstellen eines zum Erzeugen von Schallwellen oder durch Schallwellen bewegbaren Elementes (21–23) sowie von Umsetzmitteln (3) zum Umsetzen eines elektrischen Signals in eine Bewegung des bewegbaren Elementes (21–23) und/oder zum Umsetzen einer Bewegung des bewegbaren Elementes (21–23) in ein elektrisches Signal; und – Bewegen des bewegbaren Elementes (21–23) über die Umsetzmittel derart, dass keine Biegeschwingungen des bewegbaren Elementes (21–23) auftreten.