DE102016108598A1 - Planardynamischer Schallwandler - Google Patents

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Roland Jacques
Axel Grell
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Abstract

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein planardynamischer Schallwandler mit einer schwingfähigen Membran (500), Leiterbahnen (600) auf der Membran (500) sowie einer Magnetanordnung (400) vorgesehen. Die Magnetanordnung (400) weist eine Mehrzahl von Magneteinheiten (400) auf, welche erste Enden aufweisen, welche der Membran (500) zugewandt sind. Diese ersten Enden verlaufen nicht parallel zur Membran.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen planardynamischen Schallwandler.
  • Planardynamische Schallwandler werden auch als planarmagnetisch, orthodynamisch, isodynamisch oder magnetostatische Wandler bezeichnet. Der planardynamische Wandler gehört zu den dynamischen, elektromagnetischen Schallwandlern. Ein planardynamischer Schallwandler nach dem Stand der Technik weist eine flächige mehrpolige Magnetanordnung, eine Membran und eine zweite gespiegelte mehrpolige Magnetanordnung auf. Die mehrpolige Magnetanordnung kann parallele Magnetstäbe mit Zwischenräumen dazwischen vorsehen. Die Magnetisierung der Magnetstäbe kann in der Richtung der kurzen Dimension erfolgen. Die beiden Magnetanordnungen stoßen sich ab, was zur Folge hat, dass sie in einer entsprechend ausgestalteten Konstruktion zusammengefügt sein sollten. Somit entstehen streifenförmige Magnetfelder, wobei die Magnetisierungsrichtung alternierend verläuft und insbesondere in Richtung des kurzen Maßes der Streifen.
  • Planardynamische Schallwandler können sowohl in Lautsprechern als auch in Mikrofonen verwendet werden. Ein planardynamischer Wandler weist einen magnetischen Antrieb auf, welcher aus gegenüberliegenden Platten, Scheiben oder rechteckigen Stäben besteht. Zwischen zwei gegenüberliegenden Magnetanordnungen ist eine Membran mit Leiterbahnen vorgesehen.
  • Die Membran zwischen den beiden Magnetanordnungen ist eine flache Membran, welche aus einer dünnen Kunststofffolie oder einer Polyesterfolie besteht. Auf der Membran sind elektrische Leiter vorgesehen. Die elektrischen Leiter können beispielsweise in Form eines dünnen Drahtes oder einer aufgedampften Leiterbahn ausgestaltet sein. Die Position und die Richtung der elektrischen Leiter ist sind an die magnetischen Pole der beiden Magnetanordnungen ausgerichtet. Die Leiter können mäanderförmig ausgestaltet sein.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten schalldynamischen Wandler vorzusehen.
  • Diese Aufgabe wird durch einen schalldynamischen Schallwandler nach Anspruch 1 gelöst.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein planardynamischer Schallwandler mit einer schwingfähigen Membran, Leiterbahnen auf den Membranen sowie einer Magnetanordnung vorgesehen. Die Magnetanordnung weist eine Mehrzahl von Magneteinheiten auf, welche erste Enden aufweisen, welche der Membran zugewandt sind. Diese ersten Enden verlaufen nicht parallel zur Membran.
  • Die ersten Enden können somit rund, halbrund, oval, elliptisch, oder tropfenförmig ausgestaltet sein. Damit kann ein planardynamischer Schallwandler erhalten werden, welcher einen gleichmäßigeren beziehungsweise flächigeren Antrieb für die Membran ermöglicht.
  • Ferner führt die erfindungsgemäße Ausgestaltung des magnetischen Antriebes zu verbesserten akustischen Eigenschaften, weil der von der Membran abgestrahlte Schall nicht auf eine gerade Fläche trifft, welche parallel zu der Membran ausgerichtet ist. Damit stört der magnetische Antrieb das Schwingverhalten der Membran lediglich in sehr reduziertem Maße.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein planardynamischer Schallwandler mit einer Membran, Leiterbahnen auf der Membran und einer Magnetanordnung vorgesehen. Die Magnetanordnung weist eine Mehrzahl von Magneteinheiten auf, welche an ihrer der Membran zugewandten Seite keine gerade Fläche, sondern lediglich eine gewölbte, geknickte, abgewinkelte oder runde Fläche aufweist. Dies führt erfindungsgemäß dazu, dass die Scheitelpunkte der Magneteinheiten dichter an der Membran positioniert werden können, ohne dabei die Membran akustisch zu dämpfen und ihr Schwingungsverhalten zu beeinflussen. Ferner führt die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Magneteinheiten (rund oder aerodynamisch geformte Stäbe) zu akustischen Vorteilen, da die Membranbewegung und der akustische Fluss weniger beeinflusst beziehungsweise beeinträchtigt werden.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
  • 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines planardynamischen Wandlers gemäß dem Stand der Technik,
  • 2 zeigt die Draufsicht auf einen planardynamischer Wandler gemäß dem Stand der Technik,
  • 3A zeigt eine schematische Darstellung eines planardynamischer Schallwandlers gemäß dem Stand der Technik,
  • 3B, 3C zeigen jeweils einen Graphen zur Veranschaulichung eines Magnetflusses bei einem planardynamischen Schallwandler gemäß 3A,
  • 4A zeigt eine schematische Darstellung eines planardynamischen Schallwandlers gemäß der Erfindung, und
  • 4B, 4C zeigen jeweils einen Graphen zur Veranschaulichung eines Magnetflusses in einem planardynamischen Schallwandler gemäß 4A.
  • 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines planardynamischen Wandlers gemäß dem Stand der Technik. Der planardynamische Wandler 100 weist eine schwingfähige Membran 110 mit elektrischen Leiterbahnen 130 auf. Die elektrischen Leiterbahnen 130 können mäanderförmig ausgestaltet sein. Die Membran 110 kann als Membranfolie ausgestaltet sein. Der Wandler 100 weist ferner eine erste und zweite Magnetanordnung 120, 140 auf, wobei die erste Magnetanordnung 120 oberhalb der Membran 110 und die zweite Magnetanordnung 140 unterhalb der Membran 110 vorgesehen ist. Die erste Membrananordnung 120 weist eine Mehrzahl von Magnetstäben 121122 auf. Die Magnetstäbe 121122 weisen erste und zweite Magnetstäbe 121, 122 auf, welche sich abwechseln und jeweils eine unterschiedliche Magnetisierungsrichtung aufweisen. Entsprechendes gilt für die Magnetstäbe 141, 142 der zweiten Magnetanordnung 140.
  • In 1 sind magnetische Feldlinien FL sowie eine auf die Membran 110 resultierende Kraft 101 dargestellt.
  • 2 zeigt eine Draufsicht auf einen planardynamischen Wandler gemäß dem Stand der Technik. Der planardynamische Wandler 100 weist eine Membran 110 mit einem Membranrand 111 und einer beweglichen Schwingfläche 112 auf. Der planardynamische Wandler 100 weist ferner eine Mehrzahl von ersten und zweiten Magnetstäben 121, 122 der ersten Magnetanordnung 120 sowie erste und zweite Magnetstäbe 141, 142 der zweiten Magnetanordnung 140 auf. In der Draufsicht von 2 ist die zweite Magnetanordnung 140 nicht zu sehen; (sie liegt unter der Membran 110). Auf der Membran 110 ist eine mäanderförmige Leiterbahn 130 mit einem positiven Anschluss 131 und einem negativen Anschluss 132 vorgesehen. Die Leiterbahn 130 ist in 2 gestrichelt dargestellt. In der Draufsicht von 2 sind die ersten und zweiten Magnetstäbe 121, 122 der ersten Magnetanordnung 120 oberhalb der Membran 110 vorgesehen.
  • Die Membran 110 weist einen beweglichen Bereich 112 und einen fixierten Bereich 111 auf, welcher dazu dient, die Membran 110 an einem Chassis eines Wandlers zu befestigen. Die Magnetstäbe sind in dem beweglichen Bereich 112 der Membran 110 vorgesehen. An den jeweiligen Enden der Magnetstäbe 120 sowie an den Randbereichen kann ein Streufeld 200 entstehen. Die Erfindung betrifft den Gedanken, dass im Bereich des Streufeldes 200 keine lineare Schallwandlung möglich ist.
  • 3A zeigt eine schematische Darstellung eines planardynamischen Schallwandlers gemäß dem Stand der Technik und insbesondere den Verlauf des sich zwischen den Magneten ausbildenden Feldes. Eine Magnetanordnung 310 weist eine Mehrzahl von Magnetstäben 311 auf beiden Seiten einer Membran 320 auf. Auf der Membran sind Leiterbahnen 330 vorgesehen. Die Leiterbahnen 330 erstrecken sich im Wesentlichen zwischen benachbarten Magnetstäben 311. Die benachbarten Magnetstäbe sind entgegengesetzt polarisiert. Damit bildet sich zwischen den Magnetstäben 311 ein Magnetfeld 350. Die Leiterbahnen 330 werden mittig zwischen den benachbarten Magnetstäben 311 positioniert. Vorzugsweise werden die Leiterbahnen 330 an den Stellen mit stärkstem und gleichmäßigstem Magnetfeld 350 vorgesehen. Aufgrund der Magnetfeldausbildung kann es zu einer Auslenkung 340 der Membran 320 kommen. In 3A weisen die Magnetstäbe einen quadratischen Querschnitt auf.
  • 3B zeigt einen Graphen zur Veranschaulichung des Magnetflusses B über die Länge L der Membran von 3A. durch die rechteckige Ausgestaltung der Membranstäbe 311 kann es in den Randbereichen der Magnetstäbe zu Überhöhungen der Feldstärken kommen. Damit ist das Magnetfeld zwischen benachbarten Magnetstäben nicht gleichmäßig.
  • 3C zeigt einen weiteren Graphen zur Veranschaulichung des Magnetflusses über die Länge der Membran. In 3C ist insbesondere die Situation bei einer wachsenden Auslenkung der Membran gezeigt. Die Überhöhungen der Feldstärken an den Enden der Magnetstäbe ist noch prominenter beziehungsweise höher.
  • Bei geeigneter Anordnung und durch passende Formgebung der Magnete ist es möglich, diese lediglich auf einer Seite der Membran anzubringen. Dies soll anhand 1 erläutert werden. Das Magnetfeld wird dann entweder nur durch die Magnetanordnung 120 (oberhalb der Membran) oder durch die Magnetanordnung 140 (unterhalb der Membran) generiert. Die jeweils andere Magnetanordnung (140 oder 120) entfällt dann. Dadurch gelingt es, äußerst flache Schallwandlersysteme aufzubauen. Das sich dabei ausbildende resultierende Magnetfeld ist dann zwar weniger homogen im Bereich großer Membranauslenkung, bei kleinen Membranauslenkungen (nicht zu hoher Lautstärke) jedoch völlig hinreichend homogen, um einen sauberen Höreindruck zu erzeugen. Eine derartige Magnetanordnung auf lediglich einer Seite ist Gegenstand des Anspruchs 2.
  • 4A zeigt eine schematische Darstellung eines planardynamischen Schallwandlers gemäß der Erfindung. Der dynamische Schallwandler weist eine (gerade) schwingfähige Membran 500 mit einer Mehrzahl von elektrischen Leiterbahnen 600 auf. Ferner weist der planardynamische Schallwandler eine Magnetanordnung 400 auf. Die Magnetanordnung 400 weist eine Mehrzahl von Magneteinheiten 410 auf, wobei die Membran 500 zwischen den Magneteinheiten 410 angeordnet ist. Damit sind erste Magneteinheiten oberhalb und zweite Magneteinheiten 410 unterhalb der Membran 500 angeordnet. Gegenüberliegende erste und zweite Magneteinheiten sind entgegengesetzt magnetisiert, sodass sich gleichsinnige Magnetpole gegenüberliegen. Benachbarte Magneteinheiten sind ebenfalls entgegengesetzt magnetisiert. Die Magneteinheiten 410 weisen erste Enden 411 auf, welche der Membran 500 zugewandt sind. Die Magneteinheiten weisen zweite Enden 412 auf, welche von der Membran abgewandt sind
  • Die ersten Enden 411 der Magneteinheiten 410 weisen eine Ausgestaltung auf, welche nicht parallel zu der geraden Membran 500 ausgestaltet sind. Beispielweise können die ersten Enden 411 der Magneteinheiten 410 gewölbt, geknickt, abgewinkelt oder abgerundet ausgestaltet sein.
  • Optional können die Magneteinheiten 410 als Magnetstäbe ausgestaltet sein, welche einen runden, halbrunden, ovalen, elliptischen oder tropfenförmigen Querschnitt aufweisen.
  • 4A und 4B zeigen jeweils einen Graphen zur Veranschaulichung eines Magnetflusses über die Länge der Membran. Durch die nicht parallele Ausgestaltung der ersten Enden 411 der Magnetstäbe 410 gemäß der Erfindung kann eine Überhöhung der Feldstärken an den Ecken der Magnetstäbe vermieden werden. Damit ist der Verlauf des Magnetflusses zwischen benachbarten Magneteinheiten 410 wesentlich gleichmäßiger als im Stand der Technik. In 4C ist eine Situation mit einer größeren Auslenkung der Membran gezeigt. Auch hier führt der erfindungsgemäße planardynamische Schallwandler zu einer gleichmäßigeren Verteilung des Magnetflusses im Bereich zwischen benachbarten Magneteinheiten.
  • Durch die Krümmung der Magneteinheiten 410 gegenüber der Membran 500 ergeben sich somit gleichmäßigere Magnetfeldlinien, was zu einem breiteren und gleichmäßigeren Antriebsfeld führt. Die starke Konzentration der Magnetfeldlinien an den Kanten der Magnetstäbe gemäß dem Stand der Technik (siehe 3A) kann somit erheblich reduziert werden. Somit wird mit dem erfindungsgemäßen planardynamischen Schallwandler ein breiteres und homogeneres Magnetfeld im Antriebsbereich erreicht. Dies ist ferner vorteilhaft, weil hiermit die Breite 610 der Leiterbahnen 600 vergrößert werden kann. Hierbei kann es zu einer Reduzierung der Antriebsschwankungen bei Auslenkung der Membran kommen.
  • Ferner können durch die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Magneteinheit die Magneteinheiten dichter an die Membran geführt werden, ohne dass dies dazu führt, dass die Magneteinheiten die Membranfläche akustisch bedämpfen. Durch die gewölbte, beziehungsweise abgerundete Ausgestaltung der ersten Enden der Magneteinheiten kann ebenfalls die akustische Durchlässigkeit verbessert werden, weil sich weniger akustische Reflektionen an den seitlichen Flächen der Magnetstäbe gemäß dem Stand der Technik ergeben.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung können die Magneteinheiten als Kreissegmente oder als diagonal positionierte Stäbe ausgestaltet sein. Wichtig ist hierbei nur, dass die ersten Enden (die der Membran zugewandten Enden) nicht parallel gegenüber der Membran 500 ausgestaltet sind.
  • Der planardynamische Wandler kann in einem Hörer oder in einem Mikrofon verwendet werden.

Claims (7)

  1. Planardynamischer Schallwandler, mit einer Membran (500) mit einer Mehrzahl von elektrischen Leiterbahnen (600), und einer Magnetanordnung (400), welche eine Mehrzahl von Magneteinheiten (410) aufweist, wobei erste Magneteinheiten (410) oberhalb der Membran (500) und/oder zweite Magneteinheiten (410) unterhalb der Membran (500) vorgesehen sind, wobei erste Enden (411) der Magneteinheiten (410) jeweils der Membran (500) zugewandt sind und nicht parallel zur Membran (500) ausgestaltet sind.
  2. Planardynamischer Schallwandler nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl der Magneteinheiten (410) ausschließlich auf einer Seite der Membran (500) vorgesehen sind.
  3. Planardynamischer Schallwandler nach Anspruch 1 oder 2, wobei die ersten Enden (411) der Magneteinheiten (410) nicht gerade ausgestaltet sind.
  4. Planardynamischer Schallwandler nach Anspruch 1 bis 3, wobei die ersten Enden (411) der Magneteinheiten (410) gewölbt, geknickt, abgewinkelt oder verrundet ausgestaltet sind.
  5. Planardynamischer Schallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Magneteinheiten (410) einen runden, halbrunden, ovalen, elliptischen, oder tropfenförmigen Querschnitt aufweisen.
  6. Mikrofon, mit einem planardynamischen Schallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
  7. Hörer, mit einem planardynamischen Schallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3164686A (en) * 1959-09-21 1965-01-05 Tibbetts Industries Electrodynamic transducer
US20040008858A1 (en) * 2002-05-02 2004-01-15 Steere John F. Acoustically enhanced electro-dynamic loudspeakers

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