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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrodynamischen Schallwandler.
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Elektrodynamische Schallwandler sind hinlänglich bekannt und weisen eine schwingfähige Membran, eine mit der Membran gekoppelten Schwingspule sowie ein Magnetsystem auf, welches mit der Schwingspule zusammenwirkt. Die Membran und die Schwingspule bilden dabei das schwingfähige Element des elektrodynamischen Schallwandlers.
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Bei einem herkömmlichen elektrodynamischen Schallwandler kann die schwingende Masse bestehend aus der Membran und der Schwingspule sich als nachteilig erweisen.
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Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektrodynamischen Schallwandler mit einer reduzierten schwingenden Masse vorzusehen.
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Diese Aufgabe wird durch einen elektrodynamischen Schallwandler nach Anspruch 1 gelöst.
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Somit wird ein elektrodynamischer Schallwandler mit einer schwingfähigen Membran, einer Schwingspule, welche mit der Membran gekoppelt ist, und einem Magnetsystem vorgesehen. Das Magnetsystem weist einen ersten und zweiten Magnetring auf, welche oberhalb und unterhalb der Membran angeordnet sind und radial magnetisiert sind. Die Schwingspule ist zwischen dem ersten und zweiten Magnetring angeordnet.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Magnetisierungsrichtung des ersten und zweiten Magnetringes gleichsinnig.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der erste Magnetring an einem Resonator oberhalb der Membran und der zweite Magnetring an einem Chassis unterhalb der Membran angeordnet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der erste und zweite Magnetring jeweils eine Spitze auf, welche sich jeweils zu der Membran hin erstreckt. Damit weist der erste und zweite Magnetring in seinem Querschnitt eine Spitze auf. Die Spitze kann auch als Rundung ausgestaltet sein.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Spitze des ersten Magnetringes an die Ausgestaltung eines Spulensitzes der Membran angepasst.
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Der elektrodynamische Schallwandler gemäß der Erfindung weist zwei radial magnetisierte Magnetringe auf, zwischen denen sich die Membran mit der Schwingspule befindet. Optional kann die Magnetisierungsrichtung der beiden Ringe gleichsinnig sein. Optional kann einer der Ringe oberhalb der Spule an einem Resonator befestigt werden. Optional kann der zweite Ring unterhalb der Spule an einem Chassis befestigt werden. Optional kann der Resonator, der oberhalb der Membran angeordnet ist, eine Ausnehmung aufweisen, welche an die Form der Membran (insbesondere im mittleren Bereich, d. h. der Kalotte) angepasst sein.
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Mit dem erfindungsgemäßen elektrodynamischen Schallwandler wird ein mechanisch unempfindliches Wandlersystem mit einer kleinen schwingenden Masse ermöglicht. Damit kann ein verbessertes transientes Verhalten des elektrodynamischen Schallwandlers ermöglicht werden. Mit dem erfindungsgemäßen elektrodynamischen Schallwandler können ähnliche akustische Eigenschaften wie bei einem Bändchenwandler jedoch bei einem mechanisch robusten Aufbau vorgesehen sein. Die erfindungsgemäße Membran kann am gesamten Rand eingeklebt werden, so dass die Vorder- und Rückseite des Wandlers gegeneinander abgedichtet sind. Mit dem erfindungsgemäßen elektrodynamischen Schallwandler kann auch ein Richtmikrofon realisiert werden.
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Optional weist die Schwingspule eine Mehrzahl von Windungen auf, welche nebeneinander auf der Membran aufgebracht sind. Die Höhe der Spule wird dann durch den Spulendrahtdurchmesser bestimmt.
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Optional können die Leiterbahnen aufgedampft, aufgedruckt oder als Leiterplattenmaterial ausgeführt sein.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
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1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines elektrodynamischen Schallwandlers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2 zeigt eine schematische Darstellung des Magnetsystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
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3A und 3B zeigen jeweils eine schematische Darstellung der Magnetlinien für einen elektrodynamischen Schallwandler gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
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4 zeigt einen Graphen zur Veranschaulichung der Flussdichte zwischen den beiden Ringen des Magnetsystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
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5A und 5B zeigen jeweils eine schematische Schnittansicht eines elektrodynamischen Schallwandlers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
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6 zeigt eine schematische Schnittansicht eines elektrodynamischen Schallwandlers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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7A zeigt eine schematische Darstellung des Flusslinienverlaufs bei einem elektrodynamischen Schallwandler gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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7B zeigt den Verlauf der Feldstärke zwischen zwei Ringen des Magnetsystems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
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8 zeigt eine schematische Schnittansicht eines elektrodynamischen Schallwandlers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
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9 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht eines elektrodynamischen Schallwandlers gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel und
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10 zeigt eine schematische und perspektivische Ansicht eines elektrodynamischen Schallwandlers gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines elektrodynamischen Schallwandlers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Der Schallwandler 100 weist eine Membran 110, ein Magnetsystem 130, eine Schwingspule 120, optional einen Resonator 140 sowie ein Chassis 150 auf.
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Die Membran 110 kann an ihrem äußeren Rand 111 an dem Chassis 150 befestigt, bspw. verklebt werden. Die Schwingspule 120 kann an einem Spulensitz 112 der Membran befestigt werden. Optional kann die Membran 110 eine Kalotte 113 aufweisen.
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Das Magnetsystem 130 weist einen ersten und zweiten Magnetring 131, 132 auf. Der erste Magnetring 131 kann an dem Resonator 140, d. h. also oberhalb der Membran, befestigt werden. Der zweite Magnetring 132 kann unterhalb der Membran bspw. an dem Chassis 150 befestigt werden. Der erste und zweite Magnetring 131, 132 ist radial magnetisiert. Optional ist die Magnetisierungsrichtung des ersten und zweiten Magnetrings 131, 132 gleichsinnig ausgestaltet.
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Die Spule weist mindestens eine Windung auf. Optional können mehrere Windungen nebeneinander angeordnet sein, so dass die Höhe der Spule dem Spulendrahtdurchmesser entspricht. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass auch andere geometrische Anordnungen der Spule 120 möglich sind, um einen Kompromiss zwischen geringer Masse und großer Leiterlänge vorzusehen, wobei eine große Leitermenge eine größere Empfindlichkeit mit sich bringt. Optional wird die Höhe der Spule begrenzt, so dass die Spule eher flach ausgestaltet ist.
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2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des ersten und zweiten Magnetrings. Die beiden Magnetringe sind radial magnetisiert. Der erste Ring 131 weist eine Magnetisierungsrichtung M1 von innen nach außen und der zweite Ring 132 weist eine zweite Magnetisierungsrichtung M2 ebenfalls von innen nach außen auf. Hierbei entspricht die erste Magnetisierungsrichtung M1 der zweiten Magnetisierungsrichtung M2, d. h. der erste und zweite Ring 131, 132 sind gleichsinnig radial magnetisiert.
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3A zeigt eine schematische Darstellung der Magnetlinien für einen elektrodynamischen Schallwandler gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. In 3A sind die Flusslinien des Magnetfeldes gezeigt. Hierbei erstrecken sich die Feldlinien senkrecht zur Bewegungsrichtung der Spule 120 und zwar fast im gesamten Bereich zwischen den Magnetringen 131, 132.
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In 3B sind die Feldlinien gemäß dem Stand der Technik gezeigt, bei dem der erste und zweite Magnetring 131, 132 gegensinnig axial magnetisiert sind. Hierbei ist der nutzbare Flussdichtebereich dann auf den Bereich des Außendurchmessers beschränkt.
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In 4 ist der Verlauf der Flussdichte über die Line 200 in 3A dargestellt. In 4 ist insbesondere der Bereich gekennzeichnet, der einen Auslenkungsbereich von ±0,3 mm darstellt. Gemäß der Erfindung ist die Auslegung der Spule durch den Abstand zwischen Membran und Resonator sowie zwischen Membran und Chassis mechanisch begrenzt. Gemäß der Erfindung bewegt sich somit die Schwingspule im Wesentlichen in einem linearen Bereich der Flussdichtekennlinie. Gemäß der Erfindung kann sich die Spule mittig zwischen dem ersten und zweiten Magnetring 131, 132 befinden.
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In 5A und 5B ist eine Anordnung der Schwingspule mittig zwischen dem ersten und zweiten Ring 131, 132 gezeigt.
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In 5A ist eine schmale, in 5B eine breitere Schwingspule 120 zwischen dem ersten und zweiten Magnetring 131, 132 gezeigt.
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Aus 3A ist ersichtlich, dass die Flusslinien in der gesamten Fläche zwischen den Ringen richtig ausgerichtet sind. Die Spule kann also in der gesamten Breite der Magnetringe arbeiten.
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6 zeigt eine schematische Schnittansicht eines elektrodynamischen Wandlers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Der elektrodynamische Wandler gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel beruht im Wesentlichen auf dem elektrodynamischen Wandler gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Der elektrodynamische Wander 100 weist somit eine Membran 110 mit einem Spulensitz 112, eine Schwingspule 120, ein Magnetsystem 131 bestehend aus einem ersten und zweiten Magnetring 131, 132, einem Resonator 140 und einem Chassis 150 auf. Der elektrodynamische Schallwandler 100 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem elektrodynamischen Schallwandler gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel lediglich durch die Ausgestaltung des ersten und zweiten Magnetrings 131, 132. Hierbei weist der erste Magnetring 131 – im Querschnitt – eine Spitze 131a auf, welche sich zu der Membran erstreckt. Der zweite Magnetring 132 weist ebenfalls – im Querschnitt – eine Spitze 132a, welche sich ebenfalls zu der Spule 120 hin erstreckt. Die Spitze 131a des Magnetrings 131 kann an die Ausgestaltung des Spulensitzes 112 der Membran angepasst sein.
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In 7A ist ein Querschnitt durch den ersten und zweiten Magnetring 131, 132 sowie der Verlauf der Flusslinien dargestellt.
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In 7B ist der Verlauf der Flussdichte über die Linie 200 dargestellt, welche sich von der Spitze 131a zu der Spitze 132a erstreckt. Durch die Änderung der Querschnitte des ersten und zweiten Magnetrings 131, 132 kann die Flussdichte erhöht werden sowie der Verlauf der Flussdichte entsprechend beeinflusst werden.
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Durch die Änderung des Querschnitts des ersten und zweiten Membranmagnetrings wird die maximale Auslenkung der Membran nicht beeinflusst.
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8 zeigt eine schematische Schnittansicht eines elektrodynamischen Schallwandlers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Der elektrodynamische Schallwandler gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem elektrodynamischen Schallwandler gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei jedoch der Querschnitt des ersten und zweiten Magnetrings 131, 132 anders ausgestaltet ist. Während gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eine Spitze vorhanden ist, ist die Spitze 131a und 132a abgerundet.
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Gemäß der Erfindung wird ein elektrodynamischer Schallwander vorgesehen, welcher eine ähnliche Empfindlichkeit aufweist, wie bei einem Bändchenmikrofon. Die teilweise geringe Empfindlichkeit kann bspw. über einen Übertrager oder eine rauscharme Schaltung verstärkt werden.
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9 zeigt eine schematische und perspektivische Schnittansicht eines elektrodynamischen Wandlers gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Der elektrodynamische Schallwandler gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel kann auf dem elektrodynamischen Schallwandler gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beruhen, weist jedoch keine Kalotte auf. Vielmehr ist der Bereich, welcher durch die Schwingspule und den ersten und zweiten Magnetring 131, 132 eingekreist sind, flach ausgestaltet. Ferner kann die Schwingspule 120 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel aus einer Mehrzahl von Windungen hergestellt werden, welche nebeneinander platziert werden.
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10 zeigt eine schematische und perspektivische Schnittansicht eines elektrodynamischen Schallwandlers gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel. Der elektrodynamische Schallwandler gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel kann auf dem elektrodynamischen Schallwandler gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel beruhen. Während der elektrodynamische Schallwandler gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel lediglich einen ersten und zweiten Magnetring 131, 132 aufweist, weist der elektrodynamische Schallwandler gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel ein Paar von ersten und zweiten Magnetringen 131b, 131c und 132b, 132c auf. Ferner kann die Schwingspule geteilt ausgestaltet sein, so dass ein erster Abschnitt 121 und zweiter Abschnitt 122 vorgesehen sein kann. Hierbei kann der erste Schwingspulenabschnitt 121 unter dem äußeren Ring 131b und der zweite Schwingspulenabschnitt unter dem inneren Magnetring 131c vorgesehen sein.
