-
Elektromagnetischer Schallwandler, insbesondere Hörer oder Mikrophon
Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Schallwandler, insbesondere einen
Hörer oder ein Mikrophon, dessen etwa streifenförmiger und von einer ortsfesten
Spule umgebener Anker mit seinem einen Ende fest eingespannt ist und mit seinem
anderen Ende in dem zwischen zwei Polen eines Magnetsystems vorhandenen Luftspalt
frei schwingt. Gegenstand der Erfindung ist ein verbesserter Schallwandler dieser
Art, der sich insbesondere für eine Ausführung mit kleinsten Abmessungen, wie sie
beispielsweise in elektrischen Schwerhörigengeräten benötigt wird, eignet. Durch
die Erfindung sollen gleichzeitig eine Verkleinerung und eine Verbilligung des Schallwandlers
ermöglicht werden.
-
Es ist bekannt, den Anker eines elektromagnetischen Schallwandlers
so in dem Magnetsystem anzuordnen, daß er magnetisch entlastet ist, d. h. in seiner
Ruhelage frei von magnetischem Fluß ist. Zu diesem Zweck kann man beispielsweise
das Magnetsystem vierpolig ausführen und das eine Ende des Ankers zwischen einem
Polpaar fest einspannen, während das andere Ende des Ankers in einem Luftspalt zwischen
dem anderen Polpaar frei schwingen kann.
-
Ein bekanntes Beispiel für einen derartigen elektromagnetischen Schallwandler
ist in Fig. 1 schematisch im Schnitt dargestellt. Das Magnetsystem dieses Schallwandlers
enthält einen Permanentmagnet 1, der zwischen zwei Polplatten 2 und 3 angebracht
ist. Die Polplatten 2 und 3 besitzen zwei Polpaare 4, 5 und 10, 11. Zwischen
den dem Permanentmagnet 1 zunächst liegenden Polen 4, 5 ist das eine Ende
eines Ankers 8 eingespannt, wobei zwischen den Polen und dem Anker unmagnetische
Schichten 6 und 7 eingefügt sind. Das andere, freie Ende 9 des Ankers 8 schwingt
frei in dem Luftspalt zwischen den Polen 10 und 11. Der Anker 8 ist von einer ortsfesten
Spule 12 umschlossen, die ebenfalls zwischen den Polplatten 2 und 3 angeordnet ist.
Der Anker 8 ist noch mechanisch mit einer Membran verbunden, jedoch ist dies in
der Zeichnung nicht dargestellt, weil es hierauf im Zusammenhang mit der Erfindung
nicht ankommt.
-
Ganz abgesehen davon, daß das in Fig. 1 dargestellte, bekannte Magnetsystem
durch die beiden Polplatten, die mit erheblicher Genauigkeit gearbeitet sein müssen,
recht teuer ist, läßt es sich nur sehr schwer auf extrem kleine Abmessungen bringen.
Dies ist einmal darauf zurückzuführen, daß entweder ein Permanentmagnet, wie in
Fig. 1 gezeigt, hinter der Einspannstelle des Ankers angeordnet ist oder daß, wie
das in anderen, ähnlichen Ausführungen bekannter Art der Fall ist, zwei Permanentmagnete
mit ihrer Längsrichtung parallel zum Anker neben diesem zwischen den Polplatten
liegen, so daß der Permanentmagnet bzw. die Permanentmagnete stets eine zusätzliche
Grundfläche der Polplatten beanspruchen. Außerdem muß auch für die Einspannung des
einen Ankerendes zwischen dem einen Polpaar eine gewisse Mindestlänge zur Verfügung
stehen.
-
Durch Verkleinerung des Systems nach Bauart der Fig. 1 oder nach ähnlichen
Ausführungen ist es bereits gelungen, recht kleine elektromagnetische Schallwandler
herzustellen. Der anzustrebenden weiteren Verkleinerung sind aber, wie bereits angedeutet,
Grenzen gesetzt, da man die Länge des Ankers nicht beliebig verkleinern kann. Je
kürzer nämlich der Anker wird, um so härter arbeitet er, und um so mehr verschiebt
sich die Eigenresonanz des Ankers nach den hohen Frequenzen hin. Das hat zur Folge,
daß die Empfindlichkeit des Schallwandlers besonders im unteren Frequenzbereich
zu gering wird. Diese Erscheinung macht sich besonders unangenehm bei Mikrophonen
bemerkbar.
-
Zur Erzielung einer größtmöglichen Empfindlichkeit des Schallwandlers
ist man daher bemüht, die Eigenresonanz des Ankers möglichst in die Mitte des zu
übertragenden Frequenzbereiches zu legen. Deshalb darf eine bestimmte Länge des
Ankers nicht unterschritten werden. Ferner darf der Anker aus Stabilitätsgründen
nicht zu dünn sein. Schließlich muß der Anker auch eine gewisse Mindestbreite haben,
damit der Schallwandler eine ausreichende Empfindlichkeit hat. Bei fortschreitender
lineare Verkleinerung eines Schallwandlers nach Fig. 1 oder einer ähnlichen Ausführung
wird man also bald an eine Grenze kommen, die man nicht unterschreiten kann.
Die
Erfindung zeigt nun einen Weg, wie ein elektromagnetischer Schallwandler zu gestalten
ist, daß er kleiner als die bisher bekannten Ausführungen gebaut werden kann, ohne
daß die oben erläuterten Schwierigkeiten auftreten.
-
Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetischen Schallwandler,
dessen etwa streifenförmiger und von einer ortsfesten Spule umgebener Anker mit
seinem einen Ende fest eingespannt ist und mit seinem anderen Ende in dem zwischen
zwei Polen eines aus einem U-förmigen Bügel bestehenden Magnetsystems vorhandenen
Luftspalt frei schwingt, und verbessert diesen Schallwandler dadurch, daß das Magnetsystem
aus einem ungefähr U-förmigen, aus einem Stück geformten Bügel aus ferromagnetischem
Material besteht, dessen freie Schenkelenden auf ihrer Innenseite mit je einem Permanentmagnet
verbunden sind, wobei die einander gegenüberliegenden Flächen der beiden Permanentmagnete
zwischen sich den Luftspalt bilden, und daß der zusammen mit der Spule innerhalb
des Bügels angeordnete Anker mit seinem einen Ende an oder in der Nähe der die beiden
Schenkel verbindenden Basis des Bügels mit geringem magnetischem Übergangswiderstand
befestigt ist.
-
Das besondere Merkmal des nach der Erfindung ausgebildeten Schallwandlers
besteht somit darin, daß zwei Permanentmagnete unmittelbar zwischen sich den Luftspalt
für das frei schwingende Ende des Ankers bilden und der magnetische Rückschluß durch
einen U-förmigen Bügel aus weichmagnetischem Material mit geringem magnetischem
Widerstand hergestellt ist. Wichtig ist, daß der U-förmige Bügel aus einem Material
besteht, das gleichzeitig eine möglichst hohe magnetische Sättigung und einen möglichst
kleinen magnetischen Widerstand besitzt. Kobalt-Eisen, Nickel-Eisen und Mu-Metall
gehören beispielsweise zu den für den U-förmigen Bügel geeigneten Materialien.
-
Die erfindungsgemäße Gestaltung des elektromagnetischen Schallwandlers
hat den Vorzug, daß das Magnetsystem, das aus den beiden Permanentmagneten und dem
als Rückschluß dienenden U-förmigen Bügel besteht, praktisch kaum länger ist als
der schwingende Teil des Ankers. Die Länge des Magnetsystems ist lediglich um die
Dicke des U-förmigen Bügels an dessen Basis größer als die des schwingenden Teiles
des Ankers. Die gegenüber bekannten Schallwandlern verhältnismäßig größere Länge
des Ankers gestattet es, die Eigenresonanz in die Mitte des zu übertragenden Frequenzbereiches
zu legen, ohne Zugeständnisse hinsichtlich Breite und Dicke des Ankers machen zu
müssen. Den U-förmigen Bügel kann man aber dünner als 0,8 mm machen.
-
Wichtig ist, daß das Ende des Ankers mit möglichst geringem magnetischem
Übergangswiderstand an der Innenseite der Basis des U-förmigen Bügels befestigt
ist. Zu diesem Zweck kann man das Ende des streifenförmigen Ankers um etwa 90° aus
der Ankerebene herausbiegen und flächig mit der Innenseite der Basis des U-förmigen
Bügels, beispielsweise durch Kleben, Verschweißen oder auf andere ähnliche Weise,
verbinden. Die eigentliche Befestigung des Ankers an der Basis des U-förmigen Bügels
liegt dabei also außerhalb der Ankerebene. Dadurch, daß die Verbindungsebene zwischen
Anker und U-förmigem Bügel senkrecht zur Ankerebene liegt, lassen sich die mechanischen
Abmessungen des erfindungsgemäß aufgebauten Schallwandlers ohne Schwierigkeilen
weiter verkleinern. Eine weitere Verminderung des magnetischen Übergangswiderstandes
kann man noch dadurch erzielen, daß das aus der Ankerebene heraus abgebogene Ende
des Ankers breiter als der übrige, schwingende Teil des Ankers ist. Beispielsweise
kann der Anker etwa die Form eines T haben, dessen Querbalken etwa senkrecht abgebogen
und an der Basisfläche des U-förmigen Bügels befestigt ist.
-
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht; wie schon erwähnt
wurde, darin, daß praktisch die gesamte Länge des Magnetsystems für den schwingenden
Teil des Ankers zur Verfügung steht. Darüber hinaus stellt aber der erfindungsgemäße
Schallwandler auch noch insofern einen Fortschritt dar, als er sich wesentlich billiger
als die bisherigen Schallwandlei herstellen läßt. Der den magnetischen Rückschluß
bildende U-förmige Bügel kann nämlich in sehr einfacher Weise aus dünnem Blech geeigneten
Materials geschnitten werden. Ein solcher dünner Bügel ist aber als einziger mechanischer
Halt für die beiden Permanentmagnete zu schwach, um den Luftspalt zwischen den Permanentmagneten
in geeigneter und unveränderlicher Höhe festzulegen. Aus diesem Grunde kann man
nach einem weiteren Merkmal den Erfindung zwischen den einander gegenüberstehenden
Flächen der beiden Permanentmagnete Abstandsstücke aus unmagnetischem Material vorsehen,
die die Höhe des Luftspaltes bestimmen. Diese Abstandsstücke dürfen selbstverständlich
die Schwingrogen des Ankers nicht behindern und sind daher zweckmäßigerweise zu
beiden Seiten des Ankers zwischen den Permanentmagneten angeordnet.
-
Es ist sogar möglich, den den Rückschluß bildenden U-förmigen Bügel
ebenso dünn wie den Anker zu machen. Daraus ergibt sich ein weiterer Vorschlag der
Erfindung, nach welchem der U-förmige Bügel und der Anker aus einem Stück bestehen,
indem der Anker in entsprechender Weise aus dem U-förmigen Bügel herausgeschnitten
oder herausgestanzt und dann abgebogen ist, ohne dabei seinen Zusammenhang mit dem
Bügel zu verlieren. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist naturgemäß der
magnetische Übergangswiderstand zwischen Anker und U-förmigem Bügel am geringsten.
Dies ist ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform.
-
Wenn der U-förmige Bügel aus sehr dünnem Material, das beispielsweise
eine Dicke von nur wenigen Zehntelmillimetern hat, besteht, kann sich allerdings
die Schwierigkeit ergeben, daß sein magnetischer Widerstand für den Rückschluß zu
groß ist. In solchen Fällen kann ein magnetischer Nebenschluß zu dem U-förmigen
Bügel vorgesehen sein. Für diesen magnetischen Nebenschluß kann man Formstücke aus
weichmagnetischem Material verwenden, die zwischen den Schenkeln des U-förmigen
Bügels; vorzugsweise zwischen dessen freien, die Permanentmagnete tragenden Enden,
angebracht sind. Diese Formstücke wird man zweckmäßigerweise so gestalten, daß sie
gleichzeitig eine starre mechanische Verbindung zwischen den freien Schenkelenden
des U-förmigen Bügels bilden und auf diese die Höhe des Luftspaltes zwischen den
Permanentmagneten eindeutig und unveränderlich bestimmen.
-
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dienen die Fig. 2 bis 7 der
Zeichnung, in der einige Ausführungsformen und Einzelheiten des erfindungsgemäßen
elektromagnetischen
Schallwandlers dargestellt sind. Es zeigt Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine erste
Ausführungsform der Erfindung, Fig.3 eine Vorderansicht der gleichen Ausführungsform,
Fig. 4 eine Ausführungsmöglichkeit für den Anker des erfindungsgemäßen Schallwandlers,
Fig.5 in schaubildlicher Darstellung die Befestigung des Ankers nach Fig.4 an dem
U-förmigen Bügel, Fig.6 eine andere Ausführungsform des U-förmigen Bügels, der mit
dem Anker aus einem Stück besteht, und Fig.7 eine andere, mit dem U-förmigen Bügel
nach Fig. 6 ausgestattete Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schallwandlers in
schaubildlicher Darstellung.
-
Das in den Fig.2 und 3 schematisch dargestellte Magnetsystem des erfindungsgemäßen
elektromagnetischen Schallwandlers besteht aus einem etwa U-förmig gebogenen Bügel
21, dessen freie Schenkelenden 14 und 15 an ihren Innenseiten Permanentmagnete 16
und 17 tragen. Wenn dieses Magnetsystem für Schallwandler in Kleinstbauweise, beispielsweise
für Schwerhörigengeräte, verwendet werden soll, kann das Material des Bügels 21
beispielsweise eine Dicke von 0,4 mm haben. Der Bügel 21 ist aus einem Blech weichmagnetischen
Materials geformt, das eine möglichst hohe Sättigung und einen möglichst geringen
magnetischen Widerstand hat.
-
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist durch Abstandsstücke 22 und 23 zwischen
den Permanentmagneten 16 und 17 ein Luftspalt genau definierter Höhe festgelegt.
In diesem Luftspalt schwingt das freie Ende 19 eines Ankers, der sich in der Mitte
zwischen den Schenkeln des Bügels 21 und parallel zu diesem erstreckt. Das rückwärtige
Ende 20 des Ankers 18 ist etwa senkrecht aus der Ankerebene herausgebogen und an
der Innenseite der Basis 13 des Bügels 21 befestigt. Die Verbindungsstelle zwischen
dem Ankerende 20 und der Basis 13 ist daher so großflächig, daß ein ausreichend
kleiner magnetischer übergangswiderstand gewährleistet ist.
-
Der Anker 18 ist in der üblichen Weise von einer ortsfesten und zwischen
den Schenkeln des Bügels 21 angeordneten Spule 12 umschlossen. Die mechanische Verbindung
des Ankers 18 mit einer Membran od. dgl. wurde der Übersichtlichkeit halber nicht
gezeichnet.
-
Man erkennt an Fig. 2, daß weder durch die Permanentmagnete 16 und
17 noch durch die großflächige Verbindung des Ankers 18 mit dem Bügel 21 die Abmessungen
des Magnetsystems vergrößert werden, wie es bei den bekannten Systemen der Fall
ist. Das gesamte Magnetsystem ist lediglich um die Dicke der Basis 13 des Bügels
21 länger als der schwingende Teil des Ankers 18, wodurch außerordentlich günstige
Bedingungen für die Abmessungen des Schallwandlers geschaffen sind.
-
Um den magnetischen übergangswiderstand zwischen dem Anker 18 und
dem Bügel 21 noch weiter herabzusetzen, kann man das aus der Ankerebene herausgebogene
und an der Innenfläche der Basis 13 befestigte Ende 20 des Ankers 18 breiter machen
als den schwingenden Teil des Ankers. Eine solche Gestaltung des Ankers zeigen beispielsweise
die Fig. 4-und 5. Fig. 4 läßt die Form eines Ankers 24 erkennen, der etwa die Form
eines T hat. Der Querbalken 25 des Ankers 24 wird längs einer Linie 26 senkrecht
aus der Ankerebene herausgebogen und an der Innenseite der Basis 13 des Bügels 21
befestigt, z. B. angeschweißt oder angeklebt.
-
Wenn man den U-förmigen Bügel ebenso dünn wie den Anker macht, kann
man diese beiden Teile so aus einem Stück Blech herstellen, daß sie auch in dem
fertigen Magnetsystem noch ein einziges Stück bilden. Fig. 6 zeigt, wie ein solcher
U-förmiger Bügel 26, der mit einem Anker 28 aus einem Stück besteht, aussehen kann.
Der Anker 28 ist aus einem Ausschnitt 27 des Bügels 26 herausgestanzt oder herausgeschlagen
und dann in die entsprechende Lage gebogen worden. Die Ansatzstelle des Ankers 28
liegt in halber Höhe der Basis des Bügels 26.
-
Wenn der U-förmige den magnetischen Rückschluß bildende Bügel so dünn
ist, daß sein magnetischer Widerstand zu groß wird, muß ein zusätzlicher magnetischer
Nebenschluß vorgesehen werden. Diese Notwendigkeit besteht beispielsweise dann,
wenn der U-förmige Bügel ebenso dünn ist wie der Anker und beispielsweise nach Fig.
6 mit dem Anker aus einem Stück besteht. Wie ein für diesen Fall geeigneter magnetischer
Nebenschluß aussehen kann, geht beispielsweise aus Fig. 7 hervor. Der U-förmige
Bügel 26 und der Anker 28 dieses elektromagnetischen Schallwandlers stimmen mit
Fig. 6 überein. Der Übersichtlichkeit halber wurde in Fig.7 allerdings die normalerweise
den Anker umschließende Spule fortgelassen.
-
Bei dem in Fig. 7 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel wird die Reihenschaltung
der beiden den Luftspalt begrenzenden Permanentmagnete 29 und 30 durch zwei etwa
L-förmige Formstücke 31 und 32 bewirkt, die so zusammengesetzt sind, daß sie sich
etwa zu einem Rechteck ergänzen. Abweichend von dem Ausführungsbeispiel der Fig.
2 und 3 sind hier die Permanentmagnete 29 und 30 nicht unmittelbar an den Schenkelenden
des U-förmigen Bügels 26 befestigt. Diese Schenkelenden sind viehnehr mit
den Außenflächen der langen Schenkel 33 der Formstücke 31 und 32 fest verbunden.
An den Innenseiten der langen Schenkel 33 sind dann die Permanentmagnete
29 und 30 angebracht. Durch die kurzen Schenkel 34 der Formstücke 31 und 32 wird
der Abstand der einander zugekehrten Flächen der Permanentmagnete 29 und 30 und
damit die Höhe des Arbeitsluftspaltes für den Anker 28 eindeutig festgelegt, so
daß besondere Abstandsstücke zwischen den Permanentmagneten 29 und 30 entbehrlich
sind. Die Formstücke 31 und 32 bestehen aus weichmagnetischem Material und bilden
den hauptsächlichen magnetischen Rückschluß für die Permanentmagnete 29 und 30.
Gleichzeitig verleihen sie dem Magnetsystem die erforderliche mechanische Festigkeit
und Starre.
-
Eine Anordnung nach Fig. 7 läßt sich selbstverständlich auch dann
anwenden, wenn der U-förmige Bügel und der Anker nicht aus einem Stück bestehen,
sondern beispielsweise nach der in Fig. 2 oder 5 gezeigten Art miteinander verbunden
sind.