DE1179257B - Klangtreuer Lautsprecher - Google Patents
Klangtreuer LautsprecherInfo
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- H04R9/02—Details
- H04R9/04—Construction, mounting, or centering of coil
- H04R9/046—Construction
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Internat. Kl.: H 04 m
Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
Deutsche Kl.: 21 a2 - 2/02
R 32921 VIII a / 21 a2
14. Juni 1962
8. Oktober 1964
Die Erfindung betrifft einen Lautsprecher mit einer elektrisch leitenden Membran, einer Einrichtung zur
Erzeugung eines magnetischen Feldes mit im wesentlichen parallel zur Membran verlaufenden Feldlinien
und einer Sprechspule zur Bewegung der Membran.
Membranen dieser Art sind bekannt. Sie haben jedoch den Nachteil, daß sie nur einen einzigen und
sehr kurzen Leiter im Magnetfeld haben, nämlich die Membran selbst. Ein derartiger Leiter hat einen
sehr geringen Widerstand, und es wird daher ein sehr starker Strom benötigt, um die Membran im
magnetischen Feld zu bewegen. Hierzu ist ein außerordentlich stark untersetzter Transformator notwendig.
Ein solcher Transformator wird auch benötigt, um einen geeigneten Widerstandswert zur
Anpassung an den Ausgang eines normalen Verstärkers zu erhalten. Dies verteuert derartige bekannte
Lautsprecher. Sie haben außerdem den Nachteil, daß wegen der hohen Ströme, die durch die
Membran fließen, dicke und damit träge Leiter an diese angeschlossen werden müssen. Außerdem muß
viel Wärme abgeführt werden, da diese proportional zu 12 ist.
Es sind weiterhin Lautsprecher bekannt, bei denen die Sprechspule direkt auf der Membran befestigt ist.
Solche Lautsprecher haben den Nachteil, daß die Masse der Membran durch die Masse der Sprechspule
vergrößert ist. Aus diesem Grunde kann eine solche Anordnung nicht für hohe Frequenzen verwendet
werden. Außerdem ist die Bewegung der Sprechspule im Magnetfeld selbst eine Quelle von
Verzerrungen bei der Tonwiedergabe.
Es sind weiterhin Lautsprecher der Wirbelstromgattung bekannt, bei denen das Magnetfeld senkrecht
zur Fläche einer steifen, kegelförmigen Membran liegt, wobei die einzige Verbindung zwischen der
Membran und dem Hörer über ein Loch im Scheitel eines konischen Spaltes im Magnetaufbau vermittelt
wird. Das Loch ist sehr eng im Vergleich mit der Gesamtfläche der Membran, so daß der größte Teil
der für die Schallerzeugung zur Verfügung stehenden Energie zwischen den Magnetpolen infolge Reibung
verlorengeht. Außerdem hat die durch die Wirbelströme hervorgerufene Kraft an jedem Punkt der
Membran zwei Komponenten, von denen eine radial zur Achse des Kegels und die andere parallel zu
dieser Achse verläuft. Lediglich die letztere Komponente ist für die Erzeugung von Schallwellen ausnutzbar.
Der Wirkungsgrad einer solchen Anordnung ist daher außerordentlich gering.
Bei einem weiteren Lautsprecher dieses Typs liegt eine Schicht aus leitfähigem Material auf einer
Klangtreuer Lautsprecher
Anmelder:
Stanley R. Rieh, West Hartford, Conn. (V. St. A.)
Vertreter:
Dipl.-Phys. G. Liedl, Patentanwalt,
München 22, Steinsdorfstr. 22
Als Erfinder benannt:
Stanley R. Rieh, West Hartford, Conn. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 14. Juni 1961 (117 000) - -
flachen Sprechspule, welche an einer Batterie angeschlossen ist, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Dessen
Feldlinien liegen, ähnlich wie bei dem vorbeschriebenen Lautsprecher, senkrecht zur Membran. Dem
Batteriestrom überlagerte Sprechströme bewirken Veränderungen im Magnetfeld, welche ihrerseits
Wirbelströme in der leitfähigen Schicht induzieren. Dadurch bewegt sich die Schicht relativ zur Spule
hin und her. Die Nachteile dieses Lautsprechers liegen darin, daß beim Zurückfallen der Membran
auf die Spule ein störendes Geräusch auftritt. Ferner werden Verzerrungen dadurch hervorgerufen, daß
sich die Membran nicht parallel zum Magnetfeld bewegt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile der bekannten Lautsprecher zu überwinden.
Dies wird dadurch erreicht, daß auf einer Seite der Membran im wesentlichen parallel und mit
Abstand zu ihr eine feste, plattenförmige Fläche angeordnet ist, auf der die Sprechspule befestigt ist,
wobei der Abstand so gewählt ist, daß die in der Sprechspule fließenden Ströme Wirbelströme in der
Membran induzieren und die Membran bei ihrer Bewegung die Spule nicht berührt.
Ein solcher Lautsprecher hat eine sehr hohe Klangtreue und ist insbesondere für die Verwendung
im Hochfrequenzgebiet des hörbaren Schallspektrums geeignet. Er ermöglicht auch in diesem Frequenzgebiet
eine getreue Schallwiedergabe ohne Verzerrungen oder Eigenresonanzen. Von besonderem
Vorteil ist, daß die Membran sowohl hydraulisch als auch durch Wirbelströme gedämpft wird, so daß ihre
Schwingungen außerordentlich genau den Sprechströmen folgen.
409 690/222
Ein weiterer Vorteil ist, daß die Sprechspule sowohl mechanisch als auch elektrisch von der
Membran getrennt ist und deshalb die Sprechspule nicht extra von der Membran isoliert zu werden
braucht. Der erfindungsgemäße Lautsprecher hat einen kompakten Aufbau, ist leicht zusammensetzbar
und hat keine schwer herzustellenden Teile. Er ist außerdem leicht an unterschiedliche Widerstandswerte
anpaßbar.
Die Membran des Lautsprechers ist stark nachgiebig, von geringem Gewicht und innerhalb vorgeschriebener
Grenzen frei, sich in jeder Richtung senkrecht zum Magnetfeld zu bewegen. Ihre Masse
ist sehr viel geringer als die der Platte, auf der die Sprechspule angeordnet ist. Diese Platte kann ein
Teil eines Permanentmagneten sein.
Gemäß einer besonderen Ausbildung der Erfindung kann der Raum zwischen der Oberfläche der
Platte und der Membran eine hermetisch geschlossene Kammer bilden und durch die die ao
Resonanzfrequenz der Membran über den hörbaren Bereich hinaus verschoben werden kann, wodurch
eine noch bessere Qualität der Tonwiedergabe erreicht wird.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung können dem in der Zeichnung schematisch dargestellten
Ausführungsbeispiel entnommen werden. Es zeigt
F i g. 1 eine isometrische Ansicht des Magnetfeldes bei einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der
Erfindung, wobei in gestrichelten Linien die Anordnung einer Sprechspule dargestellt ist,
Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2
aus F i g. 1 mit der Darstellung eines voll zusammengebauten Lautsprechers, F i g. 3 die Gestalt des Magnetfeldes,
Fig. 4 eine Detailansicht mit einer Darstellung des Aufbaues der Sprechspule und
F i g. 5 eine Vorderansicht des Wandlers in vollständig zusammengebautem Zustand.
Gemäß F i g. 1 sind zwei stabförmige Permanentmagnete 11 und 12 mit Polen an gegenüberliegenden
Längsflächen so angeordnet, daß gleiche Pole, hier Nordpole, einander gegenüberstehen. Eine Abstandstange
13, z. B. aus kaltgewalztem Stahl, liegt zwisehen den einander gegenüberliegenden Nordpolen,
Endplatten 14 und 15, ebenfalls z. B. aus kaltgewalztem Stahl, sind jeweils an den Südpolen angebracht.
Alle diese Teile sind von einem geeigneten Klebemittel, beispielsweise einem Epoxy-Bindemittel,
zusammengehalten. Es ist ferner möglich, diese Teile mittels eines oder mehreren Bolzen zusammenfügen,
die von einer Endplatte 14 zur anderen Endplatte 15 durch den Aufbau hindurchgehen; die Endplatten
bieten dabei geeignete Abstützflächen für solche Bolzen. Offensichtlich kann auch jeder Magnet 11
oder 12 aus einer Reihe von kleineren Magneten aufgebaut werden, wie dies durch die gestrichelten Linien
11.5 und 12.5 angedeutet ist.
Die Abstandstange 13 und die Endplatten 14 und 15 weisen Randabschnitte 13.5, 14.5 und 15.5 auf,
welche über eine von den Oberseiten der Magnete 11 und 12 gebildete Plattenfläche 16 vorstehen. Der
vorstehende Randabschnitt 13.5 der Abstandstange ist kürzer als die Randabschnitte der Platten 14 und
15, so daß die Endteile der Abstandstange 13 mit der Fläche 16 bündig sind. Eine Sprechspule 17
(Fig. 2), welche in Fig. 1 aus Darstellungsgründen unterdrückt ist, nimmt auf der Fläche 16 eine
Stellung ein, die durch eine in Form einer flachen Spirale verlaufende, gestrichelte Linie 17.5 angedeutet
ist. Die Anschlußenden der Sprechspule sind bei 18 und 19 eingezeichnet.
Fig. 2 zeigt die Drähte der Sprechspule 17 im
Querschnitt. Die Drähte liegen direkt auf der Fläche 16 auf. F i g. 4 zeigt eine Untereinheit 21 der Sprechspule,
welche bei der Vorfabrikation der Sprechspule verwendet werden kann. Die Drähte der Sprechspule
sind auf einem Papierträger 22 mit einem Epoxy-Klebemittel aufgeklebt. Bei einer Ausführungsform
wurde eine flache, spiralförmige Spule aus etwa vierzig Windungen eines mit Phenol-(Nr. 28)-Glasur
isolierten Kupfer-Magnetdrahtes verwendet, wobei alle Windungen in einer Schicht lagen. Die Windungen
verteilten sich auf ein Gebiet von etwa 5,08 · 6,35 bis 7,62 cm. Der Papierträger 22 weist
eine öffnung 23 auf, so daß er sich über den Randabschnitt 13.5 der Abstandstange 13 schieben läßt.
Bei einer Ausführungsform betrugen die Abmessungen des Magnetaufbaues gemäß Fig. 1 etwa
7,62 · 7,62 · 1,91 cm; die Abmessungen des Trägers 22 für die Sprechspule waren etwa 7,62 cm in der
Länge (parallel zu den Seitenplatten 14 und 15) und etwa 6,35 cm Breite (zwischen den Endplatten). Die
Sprechspule 17 kann auf der Fläche 16 dadurch befestigt werden, daß die Untereinheit 21 aufgeklebt
wird, und zwar insbesondere unter Verwendung eines Epoxy-Klebemittels.
Wie aus F i g. 2 ersichtlich, sind zwei Haltestäbe 24 und 25 für eine Membran, welche zweckmäßigerweise
aus Holz bestehen können, jeweils an einem Rand der Fläche 16 dicht neben den Randvorstößen
14.5 oder 15.5 der Endplatten 14 oder 15 angeklebt. Weiterhin ist ein Streifen entlang der Mitte der
Membran mit dem oberen Rand des Randvorsprunges 13.5 der Abstandstange 13 verklebt. Die Membran
besteht aus Aluminiumfolie von etwa 0,0013 bis 0,005 cm Dicke. Die Folie ist, wie dargestellt, gewellt,
wodurch eine hohe Nachgiebigkeit bezüglich einer Bewegung auf die Fläche 16 zu und von dieser
weg gewährleistet ist, ohne daß dabei die Gefahr einer Verspannung zwischen denjenigen geradlinigen
Bereichen bestünde, an denen die Membran an den Stäben 24 und 25 und dem Vorsprung 13.5 befestigt
ist. Ein Epoxy-Klebemittel kann dazu dienen, um die Membran, die Befestigungsstäbe und den Magnetaufbau
zusammenzufügen.
Aus F i g. 3 geht hervor, daß der Randvorsprung 13.5 des Abstandstabes 13 einen verlängerten magnetischen
Nordpol ausbildet. Die Randvorsprünge 14.5 und 15.5 der Seitenplatten 14 und 15 stellen jeweils
einen verlängerten, magnetischen Südpol dar. Gestrichelte Linien 28 repräsentieren die Konfiguration
der magnetischen Feldlinien zwischen den Nord- und den Südpolen. Es handelt sich um ein Feld, welches
symmetrisch und im wesentlich rechtwinkelig an beiden Seiten des mittleren Nordpoles verläuft. Die
Membran 26 wird im wesentlichen gänzlich innerhalb dieses Feldes angeordnet. Die Sprechspule 17 ist
näherungsweise 0,16 cm von der Membran entfernt, wenn die Haltestäbe etwa 0,16 cm dick sind, so daß
ein elektromagnetisches Feld, welches um die Sprechspule herum auf Grund von sprachmodulierten
Strömen aufgebaut wird, Wirbelströme in der Aluminiummembran 26 induzieren kann. Die letztere
liegt in dem stärksten Teil des Magnetfeldes 28, so
daß diese Wirbelströme kräftig mit dem Magnetfeld reagieren und eine Bewegung der Membran senkrecht
zu dem permanenten Magnetfeld 28 bewirken können. Dabei fluktuiert das permanente Feld 28 in
Abhängigkeit von der Modulation. Auf diese Weise wird eine klangtreue Schallwiedergabe gewährleistet.
F i g. 5 stellt einen kompletten Lautsprecher dar, bei welchem ein aus Gliedern 31, 32, 33 und 34 bestehender
Holzrahmen an den Rändern des Magnetaufbaues vorgesehen ist, derart, daß er diesen Aufbau
vollkommen umgibt. Dieser Rahmen erleichtert die Anbringung des Lautsprechers beispielsweise in
einem Holzgehäuse. Wie dargestellt, überdeckt die Membran 26 den Vorstoß 13.5 (in gestrichelter Linie
dargestellt) und teilweise auch die Halterungsstäbe 24 und 25 aus F i g. 2. Die freien Ränder der Vorstöße
14.5 und 15.5 an den Seitenplatten sind in F i g. 5 sichtbar.
Die Membran 26 ist an ihren Enden 26.1 und 26.2
verlängert und überdeckt die benachbarten Rahmenglieder 31 und 33. Auf diese Weise dichtet die Membran
den Raum zwischen sich und der Fläche 16 hermetisch ab. Selbstverständlich ist dieser Raum
vollständig von Holzgliedern umgeben, namentlich den Befestigungsstäben 24 und 25 für die Membran
und den Rahmengliedern 31 und 33, welche zu den letzteren senkrecht verlaufen. Die Stoßstellen zwischen
diesen Teilen sind sämtlich mit Bindemittel abgedichtet, beispielsweise mit einem Epoxy-Klebstoff.
Die Rückseite der Membran ist somit mit einer abgedichteten Kammer versehen. Die Aluminiumfolie,
aus der die Membran 26 besteht, ist so dünn, daß die Wellung, wie aus F i g. 2 ersichtlich, leicht
hergestellt werden kann, ohne mit der Notwendigkeit in Konflikt zu kommen, an den Enden 26.1 und 26.2
glatte Ränder zu erhalten, um so die Membran aufkleben zu können. Alternativ können auch die
Wellungen bis an die Enden der Membran geführt und mit Klebemittel ausgefüllt werden; die Wellung
ist sehr gering, vorzugsweise weniger als 0,16 cm tief, was in F i g. 2 aus Darstellungsgründen stark übertrieben
gezeichnet ist.
Ein wie beschrieben aufgebauter Lautsprecher mit zwei Magneten an jeder Seite des Abstandstabes 13,
jeder etwa 7,62 cm lang und von 1,6 cm quadratischem Querschnitt, ist ein ausgezeichneter und
höchst wirkungsvoller Lautsprecher in dem Frequenzbereich von etwa 5000 bis 30 000 Hz. Die erregende
Spule 17 ist dabei ein Induktor, woebi die Reaktanz bei niederen Frequenzen abfällt. Ein Lautsprecher
kann unter Verwendung der besprochenen Prinzipien jedoch auch für eine Verwendung im Gebiet niederer
Frequenzen konstruiert werden.
Da die Membran 26 an allen Rändern abgedichtet ist und an ihrer Rückseite mit einer abgeschlossenen
Kammer, wie in F i g. 5 dargestellt, versehen ist, ist nur die Vorderseite in akustischer Hinsicht dem
Hörer zugekehrt, so daß keine von der Rückseite ausgehende Strahlung anwesend ist und keine Verzerrung
einer solchen Schallwelle auftritt. Daneben vermittelt die abgeschlossene Kammer hinter der
Membran eine »hydraulische« Dämpfung für die Membran, welche neben die Wirbelstromdämpfung
tritt, wie sie bei Anwesenheit der Aluminiumschicht in einem Magnetfeld zu erwarten ist. Weiterhin kann
die abgeschlossene Kammer dazu dienen, die Resonanz der Membran 26 in ein Frequenzgebiet zu
verschieben, welches höher als das Gebiet der Hörfrequenz liegt.
Claims (7)
1. Lautsprecher mit einer elektrisch leitenden Membran, einer Einrichtung zur Erzeugung eines
magnetischen Feldes mit im wesentlichen parallel zur Membran verlaufenden Feldlinien und einer
Sprechspule zur Bewegung der Membran, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer
Seite der Membran (26) im wesentlichen parallel und mit Abstand zu ihr eine feste, plattenförmige
Fläche (16) angeordnet ist, auf der die Sprechspule (17) befestigt ist, wobei der Abstand so gewählt
ist, daß die in der Sprechspule (17) fließenden Ströme Wirbelströme in der Membran indu-'
zieren und die Membran bei ihrer Bewegung die Spule nicht berührt.
2. Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprechspule aus ebenen,
spiralförmigen Drahtwindungen (17) besteht, welche parallel zu der Membran (26) verlaufen.
3. Lautsprecher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralförmigen Windungen
(17) rechtwinkelig verlaufen.
4. Lautsprecher nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu einer
Seite der Membran (26) und im Abstand von ihr eine plattenförmige Fläche (16) vorgesehen ist,
welche die Windungen (17) der Sprechspule aufnimmt, und daß Halterungen die Membran (26)
gegenüber der Fläche (16) abstützen.
5. Lautsprecher nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
zwei langgestreckte, nebeneinanderliegende und eine ebene Fläche (16) ausbildende Permanentmagnete
(11, 12) von rechtwinkeligem Querschnitt vorgesehen sind, deren Pole an den
Längsseiten so angeordnet sind, daß an den einander zugekehrten Seiten der Magnete (11, 12)
Nordpole und an den abgewendeten Seiten Südpole liegen, wobei zwischen die Nordpole eine
Abstandstange (13) aus magnetisch permeablem Material eingeschoben ist, ferner daß an den
Südpolen der Magnete (11, 12) Endplatten (14, 15) vorgesehen sind aus magnetisch permeablem
Material und daß die Membran (26) in ihrer Mitte auf einem Vorsprung (13.5) der Abstandstange
(13) zwischen Vorsprüngen (14.5, 15.5) der Endplatten (14,15) befestigt ist.
6. Lautsprecher nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Membran (26) so an einem Magnetaufbau ange-
• ordnet ist, daß an ihrer Unterseite eine allseits geschlossene Kammer entsteht, welche die
Sprechspule (17) aufnimmt.
7. Lautsprecher nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das
Magnetfeld zu beiden Seiten der Membran symmetrisch verläuft.
In Betracht gezogene Druckschriften: radio mentor, Nr. 4/1958, S. 212 bis 215;
Revue du SON, Nr. 97, Mai 1961, S. 123 bis 128.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
409 690/222 9.64 © Bundesdruckerei Berlin
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
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