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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrodynamischen Schallwandler.
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9A zeigt eine schematische Darstellung eines elektrodynamischen Schallwandlers gemäß dem Stand der Technik. Der Schallwandler weist eine Membran 140 mit einer Schwingspule 130 und ein Magnetsystem 110 auf. Die Membran 140 weist einen Sicken- und einen Kalottenbereich auf. Durch das Magnetsystem wird ein Luftspalt gebildet, in welchem sich die Schwingspule 130 in axialer Richtung erstreckt. Die Schwingspule ist so ausgestaltet, dass sie sich auch bei der maximal zulässigen Auslenkung im Luftspalt befindet. Bei dem in 9A gezeigten elektrodynamischen Schallwandler weist die Schwingspule jedoch eine große Masse auf, so dass sie ein schlechteres transientes Verhalten als z. B. ein elektro-statischer Schallwandler aufweist. Aufgrund der Länge der Schwingspule sind viele Windungen der Schwingspule nicht im eigentlichen Nutzfluss des Luftspaltes und können somit nicht zur elektromechanischen Schallwandlung beitragen. Ferner können durch die akustische Masse der verbleibenden Schlitze im Luftspalt zwischen der Schwingspule und der Polplatte bzw. dem Napf unerwünschte Resonanzen auftreten. Bei größeren Amplituden muss die Luft durch die verbleibenden Schlitze im Luftspalt zwischen der Schwingspule und der Polplatte bzw. dem Napf gepresst werden, was zu unerwünschten Strömungseffekten führen kann. Aufgrund der Ausdehnung der Schwingspule in axialer Richtung kann es zu einer Taumelbewegung der Membran durch die Hebelwirkung der großen Auslenkung der Schwingspule in radialer Richtung kommen. Dies kann zu einem unerwünschten und frühzeitigen Anstoßen der Spule an das Magnetsystem führen.
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9B zeigt einen Graphen zur Veranschaulichung des BI-Faktors als Funktion der Auslenkung. Insbesondere ist hierbei der BI-Faktor im Bereich des Luftspaltes gezeigt. Die Amplitude des BI-Faktors fällt sowohl oberhalb als auch unterhalb der Polplatte bzw. der Ruhelage R deutlich ab. Außerdem ist der Verlauf ober- und unterhalb o, u der Polplatte unterschiedlich.
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US 2008/0019558 A1 zeigt einen orthodynamischen oder planarmagnetischen Schallwandler. Der Wandler weist eine gerade Membran und paarweise gegenüberliegende Magnete auf. Die Magnetisierung der Magnete erfolgt dabei derart, dass sich jeweils zwei magnetische Nordpole oder zwei magnetische Südpole gegenüberstehen. Beim benachbarten Magnetpaar ist die Polung umgekehrt. Somit ergibt sich ein Magnetfeld, das sich parallel zu der Membran erstreckt. Durch die Anordnung der Magnetpaare ist die Magnetisierungsrichtung des Magnetfeldes in Lücken zwischen den benachbarten Magnetpaaren in der Magnetisierungsrichtung umgekehrt. Durch die Ausgestaltung der Magnete und der geraden Membran kann die Membran an vielen Stellen gleichzeitig angetrieben werden. Andererseits bedingt die Anordnung der Magnete vor und hinter der Membran eine Reduzierung des zur Verfügung stehenden Bauraumes, der nicht für die weitere akustische Auslegung des Wandlers verwendet werden kann. Mit steigender Anzahl der Magnete steigt auch die Abstoßungskraft gegenüberliegender Magnete, welche durch die Konstruktion aufgefangen werden muss. Der freie Schallweg wird weiter eingeschränkt, da die Schallwellen durch den verbleibenden Platz zwischen den Magneten hindurch treten müssen, was eine hohe akustische Belastung für die Membran mit sich bringen kann. Hierbei wird die Membran mit einer zusätzlichen akustischen Masse beaufschlagt, welche den Frequenzgang des Wandlers im höheren Frequenzbereich negativ beeinflusst. Durch die Anregung an verschiedenen Punkten der Membran können sich Auslöschungen und Phasenunterschiede ausbilden.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen verbesserten elektrodynamischen Schallwandler vorzusehen.
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Diese Aufgabe wird durch einen elektrodynamischen Schallwandler nach Anspruch 1 gelöst.
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Die Erfindung betrifft einen elektrodynamischen Schallwandler mit einer Membran mit einer Kalotte und einer Sicke. Der Schallwandler weist ferner eine Schwingspule auf, welche an der Membran befestigt ist. Der Schallwandler weist ferner einen ersten Magnetring auf einer Seite der Membran und einen zweiten Magnetring auf der anderen Seite der Membran auf. Die Schwingspule ist im Bereich zwischen dem ersten und zweiten Magnetring angeordnet. Die Magnetisierungsrichtung des ersten Magnetringes ist entgegengesetzt zu der Magnetisierungsrichtung des zweiten Magnetringes.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der erste Magnetring an seiner der Membran zugewandten Seite an- bzw. abgeschrägt. Der zweite Magnetring ist an seiner der Membran zugewandten Seite abgeschrägt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung entspricht ein Innendurchmesser der Schwingspule im Wesentlichen dem Außendurchmesser des ersten und/oder zweiten Magnetringes.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der erste Magnetring in einem Resonator und der zweite Magnetring auf einem Chassis des Wandlers angeordnet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Durchmesser des ersten Magnetringes gleich dem Durchmesser des zweiten Magnetringes.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Membran eine flache Kalotte oder einen flachen Spulensitz auf.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Schwingspule und/oder die Zuleitung zu der Schwingspule auf der Membran aufgedruckt.
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Gemäß der Erfindung wird ein elektrodynamischer Schallwandler mit einer Membran, einer Kalotte und einer Sicke sowie einer Schwingspule vorgesehen. Der Schallwandler weist ferner einen ersten und zweiten Magnetring als Teil des Magnetsystems auf, wobei der erste und zweite Magnetring jeweils auf der entgegengesetzten Seite der Membran angeordnet ist. Die Schwingspule ist mit der Membran gekoppelt und ist auf oder etwas außerhalb des Umfangs des ersten und zweiten Magnetringes angeordnet.
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Dies ist vorteilhaft, weil genau an dieser Stelle die magnetischen Feldlinien die richtige Ausrichtung aufweisen. Der erste und zweite Magnetring sind gleichpolig gegenüberstehend angeordnet. Durch die Anordnung der Magnete und die gewählte Magnetisierungsrichtung entsteht am Rand der Magnete ein Feldverlauf, der im Wesentlichen parallel zur Membran ist und radial zur Mitte des Wandlers ausgerichtet ist. Vorzugsweise wird die Schwingspule genau an dieser Stelle angeordnet. Damit ergibt sich die Antriebskraft der Membran bei Durchfluss eines Stromes senkrecht zur Membran.
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Gemäß der Erfindung wird ein elektrodynamischer Schallwandler vorgesehen, welcher eine Membran mit einer Kalotte und einer Sicke sowie einer Schwingspule aufweist. Mindestens zwei Magnetringe sind auf beiden Seiten der Membran gleichpolig gegenüberliegend angeordnet. Die Schwingspule ist radial gegenüber der Mitte der Magnetringe versetzt und liegt in einem Bereich, in welchem die magnetischen Feldlinien sich im Wesentlichen senkrecht zur Spule befinden.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Membran mit einer flachen Kalotte ausgestaltet sein. Alternativ bzw. zusätzlich dazu kann die Membran im Bereich des Spulensitzes flach ausgestaltet sein.
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Der erfindungsgemäße elektrodynamische Schallwandler kann sowohl als Aufnahmewandler als auch als Wiedergabewandler verwendet werden.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Schwingspule auf der Membran gedruckt ausgestaltet sein. Die Kontaktierung der Schwingspule kann über die Membransicke erfolgen und kann ebenfalls gedruckt werden.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Vorteile und Ausführungsbeispiel der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
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1 eine schematische Schnittansicht eines elektrodynamischen Schallwandlers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2 eine schematische Darstellung von zwei Magnetringen in dem elektrodynamischen Schallwandler gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
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3 eine schematische Darstellung von zwei Magnetringen sowie der magnetischen Feldlinien in einem elektrodynamischen Schallwandler gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
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4 einen Graphen zur Veranschaulichung des Verlaufs der Flussdichte,
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5 eine schematische Darstellung eines ersten und zweiten Magnetringes sowie einer Schwingspule in einem elektrodynamischen Schallwandler gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
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6 zeigt eine schematische Schnittansicht eines elektrodynamischen Schallwandlers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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7 zeigt eine schematische Darstellung von zwei Magnetringen in einem elektrodynamischen Schallwandler gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
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8 zeigt einen Graphen zur Veranschaulichung des BI-Faktors als Funktion einer Auslenkung der Membran,
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9A zeigt eine schematische Darstellung eines elektrodynamischen Schallwandlers gemäß dem Stand der Technik,
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9B zeigt einen Graphen zur Veranschaulichung des BI-Faktors als Funktion der Auslenkung für einen elektrodynamischen Schallwandler gemäß dem Stand der Technik, und
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10 zeigt einen Graphen zur Veranschaulichung der Nachgiebigkeit einer Membran als Funktion der Auslenkung für einen elektrodynamischen Schallwandler gemäß dem Stand der Technik.
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1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines elektrodynamischen Schallwandlers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Der elektrodynamische Schallwandler 100 weist optional ein Chassis 110, optional einen Resonator 120 und eine Membran 140 mit einer Kalotte 141 und einer Sicke 142 auf. Im Bereich zwischen der Kalotte 141 und der Sicke 142 ist ein Bereich 143 vorgesehen, an welchem eine Schwingspule 130 vorgesehen ist. Der elektrodynamische Schallwandler 100 weist ferner einen ersten und zweiten Magnetring 150, 160 auf, welche auf entgegengesetzter Seite der Membran vorgesehen sind. Der erste und zweite Magnetring 150, 160 weist z. B. denselben Durchmesser auf. Die Schwingspule 130 ist am äußeren Rand des ersten und zweiten Magnetringes 150, 160 vorgesehen. Der erste und zweite Magnetring 150, 160 sind gleichpolig und gegenüberstehend angeordnet. Der erste und der zweite Magnetring 150, 160 sind so eingebaut, dass die Magnetisierungsrichtung entgegengesetzt ist. Damit stoßen sich der erste und zweite Magnetring 150, 160 voneinander ab. Optional können der erste Magnetring 150 in dem Resonator 120 und der zweite Magnetring 160 in dem Chassis 110 vorgesehen sein.
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Die Schwingspule 130 weist mindestens eine Windung auf. Optional kann die Spule aus mehreren Windungen nebeneinander bestehen. Damit kann die Höhe der Spule der Höhe des Spulendrahtdurchmessers entsprechen. Optional kann die Spule auch andere Dimensionen aufweisen, um einen Kompromiss zwischen einer geringen Masse und einer großen Leiterlänge vorzusehen. Eine große Leiterlänge ist vorteilhaft für eine verbesserte Empfindlichkeit. Gemäß der Erfindung wird die Spule flach ausgestaltet. Die Schwingspule kann z. B. auf die Membran aufgedruckt werden.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten und zweiten Magnetringes in einem elektrodynamischen Schallwandler gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Hierbei wird deutlich, dass die Magnetisierungsrichtung des ersten Magnetringes 150 entgegengesetzt ist zu der Magnetisierungsrichtung des zweiten Magnetringes 160.
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3 zeigt eine schematische Darstellung des ersten und zweiten Magnetringes sowie der Flusslinien des magnetischen Feldes des ersten und zweiten Magnetringes 150, 160. Hierbei ist zu erkennen, dass an den Stellen links und rechts zu dem ersten und zweiten Magnetring 150, 160 die magnetischen Feldlinien im Wesentlichen parallel zu einer dort vorzusehenden Membran 140 verlaufen. Insbesondere ergeben sich zwischen dem ersten und zweiten Magnetring 150, 160 auf dem Außendurchmesser der Magnetringe 150, 160 Feldlinien, welche senkrecht zur Schwingspule ausgerichtet sind. Somit kann eine Kraft auf die Spule übertragen werden oder es kann eine Spannung in die Spule induziert werden.
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4 zeigt einen Graphen zur Veranschaulichung des Verlaufs der Flussdichte in der in 3 gezeigten Situation. In 4 ist die Länge in mm auf der x-Achse und die Flussdichte auf der y-Achse dargestellt. Die Luftspaltmitte befindet sich bei Ruhelage bei ca. 0,5 mm. Die Auslenkung der Spule ist durch den Abstand zwischen der Membran 140 und dem Resonator 120 sowie zwischen der Membran 140 und dem Chassis 110 mechanisch begrenzt. Die Schwingspule 130 bewegt sich gemäß der Erfindung in einem linearen Bereich der Flussdichte-Kennlinie.
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Optional befindet sich die Spule 130 in der Mitte zwischen dem ersten und zweiten Magnetring 150, 160. Optional entspricht der Innendurchmesser der Spule dem Außendurchmesser der Magnetringe. Mit der radialen Position der Spule kann bestimmt werden, auf welcher Flussdichte-Kennlinie die Spule arbeitet.
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5 zeigt eine schematische Darstellung des ersten und zweiten Magnetringes sowie der Flusslinien des magnetischen Feldes des ersten und zweiten Magnetringes 150, 160. Hierbei ist zu erkennen, dass an den Stellen links und rechts zu dem ersten und zweiten Magnetring 150, 160 die magnetischen Feldlinien im Wesentlichen parallel zu einer dort vorzusehenden Membran 140 verlaufen. Insbesondere ergeben sich zwischen dem ersten und zweiten Magnetring 150, 160 auf dem Außendurchmesser der Magnetringe 150, 160 Feldlinien, welche senkrecht zur Schwingspule ausgerichtet sind. Somit kann eine Kraft auf die Spule übertragen werden oder es kann eine Spannung in die Spule induziert werden.
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6 zeigt eine schematische Schnittansicht eines elektrodynamischen Schallwandlers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Der elektrodynamische Schallwandler 100 weist ein Chassis 110, optional einen Resonator 120 und eine Membran 140 auf (mit einer Kalotte 141, einer Sicke 142 und einen Übergangsbereich 143 zwischen der Kalotte 141 und der Sicke 142). Eine Schwingspule 130 ist in dem Übergangsbereich 143 vorgesehen. Der elektrodynamische Schallwandler weist ferner einen ersten und zweiten Magnetring 150, 160 auf, wobei sich der erste Magnetring 150 oberhalb der Membran 140 und sich der zweite Magnetring 160 unterhalb der Membran 140 befindet. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weist der erste Magnetring 150 ein abgeschrägtes Ende 151 und der zweite Magnetring 160 weist ebenfalls ein abgeschrägtes Ende 161 auf. Die abgeschrägten Enden weisen jeweils zur Membran hin. Durch Änderung des Querschnittes der Ringe kann der erste und zweite Magnetring an die Geometrie der Membran angepasst werden. Dadurch kann die Flussdichte erhöht werden und der Verlauf kann über einen großen Bereich linearisiert werden.
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7 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten und zweiten Magnetringes sowie der magnetischen Feldlinie in einem elektrodynamischen Schallwandler gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Durch das abgeschrägte Ende 151 des ersten Magnetringes 150 und das abgeschrägte Enden 161 des zweiten Magnetringes 160 kommt es zu einer Verschiebung der magnetischen Flusslinien (im Vergleich zu den Flusslinien von 5), sodass es auch zu einer Verschiebung derjenigen Bereiche der magnetischen Flusslinien kommt, welche senkrecht zu der Schwingspule angeordnet sind. Im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel (5) können die Magnetringe 150, 160 näher zusammengebracht werden. Dadurch ergibt sich eine Erhöhung der magnetischen Flußdichte und damit eine Erhöhung des BI-Faktors.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Änderung des Querschnittes auch immer durch ein Aufbringen einer Polplatte mit einer entsprechenden Geometrie implementiert werden.
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Mit dem erfindungsgemäßen elektrodynamischen Schallwandler kann eine erhebliche Reduktion der schwingenden Masse (Membranmasse und Spulenmasse) erreicht werden. Dies erlaubt eine Erweiterung des Frequenzganges zu höheren Frequenzen. Ferner kann der akustisch störende Einfluss des Luftspaltes reduziert werden. Des Weiteren kann mit dem elektrodynamischen Schallwandler gemäß der Erfindung eine Verbesserung des transienten Verhaltens des dynamischen Wandlers (Impulstreue) erreicht werden. Ferner können die akustischen Eigenschaften eines Bändchen-Schallwandlers bei einem mechanischen robusteren Aufbau erhalten werden. Erfindungsgemäß kann die Membran optional am gesamten Rand eingeklebt werden, sodass die Vorder- und Rückseite abgedichtet wird. Dies ist bei einem Bändchenmikrofon nicht möglich. Ferner kann ein Aufbau als Richtmikrofon mit den üblichen Technologien ermöglicht werden.
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Gemäß der Erfindung können die Schwingspule sowie die Zuleitung der Schwingspule auf die Membran aufgedampft oder anderweitig abgeschieden werden. Somit kann eine massearme Spule realisiert werden.
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Der erfindungsgemäße elektrodynamische Wandler kann in einem Aufnahmewandler wie z. B. ein Mikrofon oder in einem Wiedergabewandler wie z. B. ein Lautsprecher oder in einem elektrodynamischen Wiedergabewandler für einen Kopfhörer oder einen Hörer ausgestaltet sein.
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8 zeigt einen Graphen zur Veranschaulichung des BI-Faktors als Funktion einer Auslenkung der Membran. In 8 ist der Verlauf des BI-Faktors über die Auslenkung A in mm der Membran eines erfindungsgemäßen elektrodynamischen Schallwandlers dargestellt. Bei einem Vergleich des Verlaufs des BI-Faktors gemäß der Erfindung (8) mit dem BI-Verlauf gemäß dem Stand der Technik (9B) ist zu sehen, dass der BI-Verlauf über einen wesentlich größeren Auslenkungsbereich im Wesentlichen konstanter und symmetrischer bezüglich der Ruhelage verläuft. Daraus resultieren geringere Verzerrungen.
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Der erfindungsgemäße Schallwandler ist vorteilhaft aufgrund der geringen Masse der Schwingspule. Damit wird auch ein verbessertes transientes Verhalten ermöglicht. Alle Windungen der Spule befinden sich in dem eigentlichen Nutzfluss des Luftspaltes und tragen damit auch zur elektromechanischen Wandlung bei.
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Der erfindungsgemäße Schallwandler ist ebenfalls vorteilhaft, weil die Schlitze im Luftspalt zwischen Schwingspule und Polplatte/Napf entfallen und die damit einhergehenden Probleme auch nicht mehr auftreten. Ferner kann eine Taumelbewegung der Membran durch die flach ausgestaltete Spule nicht mehr an das Magnetsystem anschlagen.
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Der Verlauf des BI-Faktors gemäß 8 ist im Wesentlichen invers zum Verlauf der Nachgiebigkeit und wirkt damit der Hemmung der Membranbewegung durch den Abfall der Nachgiebigkeit bei größeren Auslenkungen entgegen. Daraus resultiert ein lineareres Verhalten bei größeren Auslenkungen.
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Ferner ist die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Schallwandlers vorteilhaft, weil ein geringer Platzverbrauch für die Magnete vorgesehen sein muss. Die Erfindung kann mit lediglich zwei Magneten realisiert werden.
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Gemäß der Erfindung kann die Kalotte auch so ausgestaltet sein, dass sie über den gesamten nutzbaren Frequenzbereich sich kolbenförmig bewegt. Durch die gewölbte Kontur kann ferner eine größere Stabilität erreicht werden. Am Außenrand dieses Bereiches kann die Schwingspule fest mit der Membran verbunden sein. Somit kann gewährleistet werden, dass der gesamte Kalottenbereich sich gleichförmig und phasengleich bewegt.
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Der Sickenbereich der Membran kann ferner so ausgestaltet sein, dass die Nachgiebigkeit der Membran eingestellt werden kann.
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10 zeigt einen Graphen zur Veranschaulichung der Nachgiebigkeit einer Membran als Funktion der Auslenkung für einen elektrodynamischen Schallwandler. Die Nachgiebigkeit ist wesentlich ausgeglichener als beim Stand der Technik.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2008/0019558 A1 [0004]
