DE1179257B - Klangtreuer Lautsprecher - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

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)

Patentansprüche:

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

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