DE1183133B - Elektroakustischer Wandler - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 04 m

Deutsche Kl.: 21 a2 - 2/01

Nummer: 1183 133

Aktenzeichen: R 34085 VIII a/21 a2

Anmeldetag: 17. Dezember 1962

Auslegetag: 10. Dezember 1964

Die Erfindung betrifft einen elektroakustischen Wandler mit einem Magnetsystem, das einen magnetischen Flußweg mtit einem Luftspalt definiert, in dem eine bewegliche Schwingspule angeordnet ist, und mit einer zusätzlichen Magnetanordnung, welche eine Rückkopplungsspule enthält, an der eine den Bewegungen der Schwingspule entsprechende Rückkopplungsspannung für einen die Schwingspule speisenden Verstärker auftritt.

Es ist bekannt, daß die Auslenkungen der Membran eines Lautsprechers infolge von Einflüssen der mechanischen Aufhängung oder von Inhomogenitäten des Magnetflusses in dem die Schwingspule des Lautsprechers enthaltenden Luftspalt keine lineare Funktion der dem Lautsprecher zugeführten, wiederzugebenden elektrischen Signale sind. Diese Nichtlinearkäten haben Verzerrungen zur Folge, die die Wiedergabetreue beeinträchtigen.

Es ist zur Herabsetzung solcher Verzerrungen bekannt, die vom Lautsprecher erzeugten Schallschwingungen durch ein Mikrophon aufzunehmen und die von diesem erzeugten elektrischen Signale in einem den Lautsprecher speisenden Verstärker zur Gegenkopplung und Kompensation der Nichtlinearitäten zu verwenden. Solche Anordnungen sind jedoch wegen der Gefahr einer akustischen Rückkopplung, die zu Störschwingungen führen, schwierig zu verwirklichen.

Es ist ferner bekannt, eine Kompensationsspannung durch ein Bauelement zu erzeugen, das mechanisch mit dem beweglichen Teil des Lautsprechers, also z. B. der Membran oder dem Schwingspulenkörper gekoppelt oder verbunden ist. Bei einer bekannten Anordnung dieser Art ist auf dem Schwingspulenkörper eine zusätzliche Rückkopplungsspule angeordnet: bei einer anderen Anordnung dieser Art wird die Rückkopplungsspannung durch einen piezoelektrischen Wandler erzeugt, der mechanisch mit dem beweglichen Teil des Lautsprechers gekoppelt ist.

Es ist ferner bekannt, die Kompensationsspannung durch ein auf Beschleunigungen ansprechendes Schaltungselement zu erzeugen, das auf der Lautsprechermembran angeordnet ist.

Es ist außerdem bekannt, die Kompensationsspannung durch eine Kopplungsschwingspule zu erzeugen, deren Windungen zwischen die Windungen der Schwingspule auf den Schwingspulenkörper gewickelt sind. Bei einer Weiterbildung dieser bekannten Anordnung ist der Kopplungsschwingspule eine weitere, gleichartige Spule in Reihe geschaltet, die feststehend im Luftspalt angeordnet ist.

Elektroakustischer Wandler

Anmelder:

Radio Corporation of America, New York,

N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Sommerfeld

und Dr. D. v. Bezold, Patentanwälte,

München 23, Dunantstr. 6

Als Erfinder benannt:

Sylvester Walczak, Indianapolis, Ind.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 29. Dezember 1961
(163170)

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Die oben beschriebenen bekannten Anordnungen zur Erzeugung einer Kompensationsspannung sind alle mit dem Nachteil behaftet, daß sie die Masse des beweglichen Teiles 'des Lautsprechers m unerwünschter Weiße vergrößern und relativ komplizierte Spezialkonstruktionen erfordern. Bei der letztgenannten bekannten Anordnung kommt noch dazu, daß der Luftspalt in unerwünschter Weise vergrößert werden muß, um Platz für die verschiedenen zusätzliehen Spulen zu schaffen. Dies ist wegen der damit verbundenen Verringerung der magnetischen Flußdichte im Spalt unerwünscht.

Es ist schließlich noch bekannt, aus der an der Schwingspule liegenden Spannung eine der tatsächliehen Bewegung der Schwingspule entsprechende Spannung zu gewinnen. Schaltungen dieser Art erfordern jedoch einen beträchtlichen Aufwand und sind außerdem nicht ohne Einfluß auf den Frequenzgang des Lautsprechers.

Durch die vorliegende Erfindung sollen die Nachteile der bekannten Anordnungen vermieden und ein elektroakustischer Wandler geschaffen werden, der

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eine sehr einfache und zweckmäßige Anordnung zur Erzeugung einer zur Kompensation nichtlinearer Verzerrungen geeignete Rückkopplungsspannung liefert.

Ein elektroakustischer Wandler mit einem Magnetsystem, das einen magnetischen Flußweg mit einem Luftspalt definiert, in dem eine bewegliche Schwingspule angeordnet ist, und mit einer zusätzlichen Magnetanordnung, welche eine Rückkopplungsspule enthält, an der eine den Bewegungen der Schwingspule entsprechende Rückkopplungsspannung für einen die Schwingspule speisenden Verstärker auftritt, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die die Rückkopplungsspule enthaltende zusätzliche Magnetanordnung außerhalb des Magnetsystems des Wandlers angeordnet und mit dessen Streunuß gekoppelt ist.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung enthält die zusätzliche Magnetanordnung ein Magnetjoch und ein in diesem angeordnetes Polstück, das die Rückkopplungsspule trägt. Dabei können bei einem Lautsprecher mit einer im Luftspalt beweglichen zylindrischen Schwingspule und einem Magnetsystem, das ein in die Schwingspule reichendes zylindrisches Polstück trägt, gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung das Polstück des Lautsprechermagnetsystems und das die Rückkopplungsspule tragende Polstück der zusätzlichen Magnetanordnung axial ausgerichtet angeordnet sein.

Das Polstück der zusätzlichen Magnetanordnung ist gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung an dem der Schwingspule am weitesten entfernten Teil des Magnetsystems angeordnet.

Die Erfindung soll nun an Hand von nicht einschränkend auszulegenden Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden Es zeigt

F i g. 1 eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht eines Lautsprechers gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine zum Teil gesohnittene Seitenansicht eines Teiles eines anderen Lautsprechers gemäß der Erfindung und

F i g. 3 ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung, die einen Lautsprecher gemäß der Erfindung enthält.

F i g. 1 zeigt einen Lautsprecher 8 mit einer konusförmigen Membran 10, die am einen Ende mit einem zylindrischen Spulenkörper 12 verbunden ist, auf den eine Schwingspule 14 gewickelt ist. Das andere Ende der Membran 10 ist in üblicher Weise mit einem Korb 16 des Lautsprechers verbunden.

Am Korb 16 ist ein Magnetsystem 18 befestigt, das ein im Querschnitt U-förmiges Magnetjoch 20, z. B. aus kaltgewalztem Stahl, und eine das Joch schließende Polschuhplatte 22 umfaßt, die ebenfalls aus einem magnetischen Material besteht. Die Polschuhplatte 22 weist eine kreisförmige öffnung 24 auf. In der Mitte des Magnetjoches 20 befinden sich ein zylinderförmiger Permanentmagnet 26 und ein Polstück 28. Der Magnet 26 kann aus einem beliebigen permanentmagnetischen Werkstoff bestehen, z. B. aus einer Legierung aus Aluminium, Nickel, Kobalt, Kupfer und Eisen. Das Polstück 28 fet in der öffnung 24 der Polplatte 20 durch einen Zentrier- und Klemmring 30 zentriert, der aus einem unmagnetischen Werkstoff, wie Messing, besteht. Der Ring 30 haltert außerdem den Permanentmagneten und das Polstück in der vorgesehenen Lage innerhalb des Magnetjoches 20. Das Polstück 28 ist zylinderförmig, zwischen seiner Mantelfläche und der öffnung 24 der Polplatte 22 wird ein zylinderförmiger Luftspalt 29 für die Schwingspule gebildet. Die Schwingspule 12 ist im Luftspalt durch eine federnde Zentrierscheibe 32, eine sogenannte Zentrierspinne, zentriert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist außen an dem Magnetsystem 18 eine Vorrichtung 34 zur Aufnahme eines Signals, das dem Schallausgang des Lautsprechers entspricht, angebracht. Diese Vorrichtung 34 enthält eine zweite Magnetstruktur mit einem ίο im Querschnitt U-förmigen Joch 36 aus einem magnetisierbaren Werkstoff, wie kaltgewalztem Stahl, das in seiner Form dem Magnetjoch 20 des Lautsprechers entspricht, jedoch kleinere Abmessungen hat. Mittig innerhalb dieses Magnetjoches 36 befindet sich ein zylindrisches Polstück 38, das ebenfalls aus einem magnetisierbaren Werkstoff besteht. Das zylindrische Polstück 38 kann am Joch 36 durch Löten, Kleben oder mittels einer nicht dargestellten Schraube, die durch den Boden des Joches 34 in das Polstück 38 ao reicht, befestigt sein. Der obere Teil des zylindrischen Polstückes 38 läuft in einen Ansatz 40 verringerten Durchmessers aus. Dieser Ansatz wird von einem Loch 41 im Boden des Magnetjoches 18 des Lautsprechers aufgenommen. Die Magnetstruktui: 36, 38 kann dadurch am Lautsprecherjoch 18 befesögt sein, daß der Ansatz 40 in das Loch 41 mit ekiem Piseßsitz angepaßt ist. Der Ansatz 40 kann andererseits auch durch Stauchen, Nieten od. dgl. am Laotsprecherjoch 20 befestigt werden, bevor das Magnetsystem des Lautsprechers mit dem Permanentmagneten 26, dem Polstück 28, der Polplatte 22 und dem Zentrierring 30 montiert wird. Das Loch 41 im Boden des Lautsprecherjoches 20 und der Magnet 26 sind vorzugsweise koaxial zueinander. Das Polstück 38 ist dann ebenfalls koaxial zum Magneten 26. Die Aufnahmeemrichtung kann am Lautsprecher auch auf andere Art befestigt werden, beispielsweise indem das Magnetjoch 36 am Boden des Lauteprecberjoches20 angeklebt, angelötet oder durch Verformung befestigt wird. Auf das Polstück 38 ist eise Aufnahmespule 42 gewickelt, die eine Ausgangespannung Hefert.

Im Betrieb erzeugt der Magnet 26 einen Fluß, der entsprechend der gestrichelten Linie verläuft. Dw Flußweg verläuft also durch den Magneten 26, das Polstück 28, über den die SdrwsngspuJe enthaltenden Luftspalt und über die Polplatte 22 und das Joch 20 zurück zum Magneten 26. Im Luftspalt 29 und der Polplatte 22 verläuft der Fluß in radialer Richtung. Die Stärke des Magneten 26 wird normalerweise so bemessen, daß die Flußdichte im Joch 20 und der Polplatte 22 nahe bei der Sättigung liegt. Aus dem Joch 20 und der Polpiatte tritt daher ein nenneas-werter Rand- oder Streufluß aus. Dieser Stieufluß wird durch das Joch 36 der Aufnahmeeinrichtung 34 aufgenommen, welches den Streufluß durch das Joch 36 und das Polstück 38 leitet. Dieser Fluß amf aßt die Spule 42.

Im Betrieb des Lautsprechers, z. B. bei Speisung durch ein Ausgangssignal eines Verstärkers, fließt m der Schwingspule 14 ein Wechselstrom. Dieser Wechselstrom erzeugt einen magnetischen Wecheelfloß, der mit dem durch den Magneten 26 erzeugten magnetischen Gleichfluß in Wechselwirkung tritt und diesen praktisch moduliert. Die Modulation des Flusses steht in einer Beziehung zur Bewegung der Schwingspute 14, da er Bmfluß -des von der Schwiagspule 14 erzeugten Magnetfeldes auf den nsagoe&-

nahmeanordnung skid in Fig. 2 gleich dargestellt, der Durchmesser des Joches 70 kann jedoch kleiner als der Durchmesser des Lautsprecherjoches sein. Vorzugsweise ist der Durchmesser des Joches der 5 Aufnahmeednrichtung jedoch größer als der Durchmesser des Magneten 52.

Aus dem Joch 50 tritt ein nennenswerter Streufluß aus, insbesondere wenn der Magnet so stark ist, daß die Flußdichte im Joch 50 nahe der Sättigung liegt,

dem Schallausgang des Lautsprechers entspricht, wie in Verbindung mit der Spule 42 in F i g. 1 erläutert worden war.

Die Anordnung der Aufnahmeanordnungen am Boden der Lautsprecherjoche 18 (Fig. 1) oder 50 (F i g. 2) bewirkt, daß die entsprechenden Spulen 42, 78 von einem großen Prozenteatz des Streuflusses durchsetzt werden, da die Magnetjoche 36, 70 das

sehen Gleichfiuß von der Lage der Schwingspule im
Luftspalt abhängt. Mit anderen Worten gesagt hängt
die Einkoppelung von magnetischem Fluß von der
Schwingspule in das Magnetsystem 18 des Lautsprechers von der Lage und Bewegung der Schwingspule
ab. Wenn die Amplitude der Membran 10 groß ist,
sind die Auswanderungen der Schwingspule 14 bezüglich des Luftspaltes größer als bei kleiner Amplitude der Membran 10. Die Modulation des Magnetflusses im Magnetsystem 18 des Lautsprechers ist da- io wie es bei Lautsprechern üblich ist Dieser Streufluß her eine Funktion der Bewegung der Schwing- reicht nach unten in das Joch 70 der Aufnahmespule 14. anordnung und verläuft in radialer Richtung dann Da die Bewegung der Schwingspule von Nicht- durch den Boden dieses Joches und schließlich auflinearitäten der Halterung der Membran und der wärts durch das Polstück 72 zurück zum Magneten Schwingspule sowie von Inhomogenitäten der Fluß- 15 52. In der Spule 78 wird auf diese Weise eine Spandichte im Luftspalt beeinflußt wird, enthält der mo- nung induziert, die der Bewegung der Spule 64 und dulierte Fluß eine Information bezüglich der Verzerrungen des Lautsprechers. Auch der von der Aufnahmeeinrichtung 34 aufgenommene Streufluß enthält Modulationskomponenten, die durch die Bewe- 20
gung der Schwingspule erzeugt werden. Das Ausgangssiignal der Spule 42 ist daher eine Funktion der
Bewegungen der Schwingspule. Das durch die Spule
42 erzeugte Signal hängt daher vom Ausgang des

Lautsprechers ab. Das der Schwingspule zugeführte 25 Streufeld durch die Spulen 42, 78 leiten. Die AufSteuersignal wird induktiv ebenfalls auf die Spule 42 nahmespulen 42, 78 sind außerdem gegen Beschädider Einrichtung 34 gekoppelt. Die Auegangsspan- gungen geschützt, da sie durch die Joche 36 bzw. 70 nung der Spule 42 enthält jedoch eine Komponente der Anordnungen 34, 68 umschlossen werden. Da entsprechend den Verzerrungen des Lautsprecher- der Fluß am Boden der Jochanordnung scharf zum ausganges, die in einer Rückkopplungsanordnung zur 30 Magnet hin umbiegt, ist der Streufluß in der Nähe Kompensation dieser Verzerrungen verwendet wer- des Bodens des Joches am größten. Die Aufnahmeden kann.

Fig. 2 zeigt einen Teil eines Magnetsystems eines Lautsprechers, das etwas anders aufgebaut ist, als das der Fig. 1. Das Magnetsystem enthält ein zylindri- 35 sches, topfförmiges Joch 50. Mittig innerhalb des Joches 50 ist ein zylindrischer Magnet 52 angeordnet, der durch einen deformierten Halterungsring 54 festgelegt ist. Am offenen Ende des Joches 50 ist ein

Korb 56 befestigt, an dem eine Membran 58 gelagert 40 Joche 18, 50 abgeschirmt sind. Diese Abschirmung ist. Der Korb trägt eine federnde Zentrierspinne 60, verhindert jedoch nicht eine Modulation des Streudie die Spitze der kegelstumpfförmigen Membran flusses, auf den die Aufnahmespulen 42, 78 ansprehaltert. An der Spitze der Membran ist ein Spulen- chen, durch die Bewegung der Schwingspulen. Die körper 62 befestigt, der eine Schwingspule 64 trägt, Abschirmung der Aufnahmespiulein von den Schwing-Die Schwingspule 64 liegt praktisch in einem Luft- 45 spulen ist anscheinend für die Stabilität der Rückspalt, der durch den äußeren Umfang des Magneten kopplungssysteme verantwortlidi, die die Aufnahme-52 und die Innenfläche des topfförmigen Joches 50 anordnungen 34, 68 enthalten. Solche die Einrichgebildet wird. Der Boden des Joches 50 weist eine tungen 34, 68 enthaltende Rückkopplungsanordnun-Öffnung66 auf. gen neigen nämlich nicht nennenswert zu Schwin-

Am Boden des Joches 50 ist eine Aufnahmeanord- 50 gungen.

n<ung 68 angebracht. Diese Aufnahmeanordnung 68 F i g. 3 zeigt eine rückgekoppelte Schaltungsanord-

enthält ein topfförmiges Joch 70 aus einem magneti- nung, die einen Lautsprecher des in F ί g. 1 oder 2 sierbaren Werkstoff mit einem mittigen Polstück 72. dargestellten Typs enthält. Die Schaltungsanordnung Das Polstück 72 kann durch Ausdrehen einer Ring- umfaßt die Niederfrequenzstufen eines transistorbenut in einem scheibenförmigen Bauelement herge- 55 stückten Radioempfängers. Die Niederfrequenzstufen stellt werden. Oben am Polstück 72 befindet sich ein allein, also ohne die Rückkopplung, sind an sich beAnsatz 74, der im Loch 76 durch einen Preßsitz, kannt (sie entsprechen beispielsweise denen der durch Stauchen, Nieten oder ein anderes der in Ver- Transistorradios der RCA Victor TX-I Serie und bindung mit Fi g. 1 erwähnten Verfahren festgelegt sind in den Serviceblättern des Commercial Service, sein kann. Die Anordnung 68 und das Joch 50 kön- 60 RCA Service Company, Cadmen 8, New Jersey, nen einfach dadurch montiert werden, daß der Ansatz USA »Service Data 1959 No. 20«, erste Auflage, in das Loch 76 gedrückt wird. Das Polstück 72 erste Ausgabe, 29. Juni 1959, veröffentlicht), trägt eine Spule78. Der durch den Permanentmagne- Die in Fig. 3 dargestellte Schaltungsanordnung

ten 52 im Joch 50 erzeugte magnetische Fluß verläuft enthält einen Lautsprecher 80, der den in F i g. 1 in radialer Richtung durch den die Schwingspule ent- 65 und 2 dargestellten Lautsprechern entspricht, eine haltenden Luftspalt, dann im Joch nach unten und gewünschtenfalls mit einem Mittelabgriff versehene wieder zurück zum Magneten. Die Durchmesser des Schwingspule 81 enthalten kann und mit einer Ab-Lautsprecherjoches 50 und des Joches 70 der Auf- nahmeanordnung 82 versehen ist, die den Abnahme-

eimchtungen 42, 78 befinden sich also bei denjenigen Bereichen der Lautsprechermagnetsysteme, an denen der stärkste Streufluß auftritt

Die magnetische Kopplung von den Scbwingspulen 14, 68 zugeführten Audiosignalen auf die zugehörineu Aufnahmespulen 42,78 ist verhältnismäßig klein, da die Schwing&pulen und die Aufrtahmespulen magnetisch gegeneinander durch den hinteren Teil der

anordnungen 34, 68 der in F ig. 1 und 2 dargestellten Lautsprecher entspricht. Dem Niederfrequenzteil, der den Lautsprecher speist, kann ein Eingangssignal von einem Demodulator des Empfängers über eine Leitung 83 zugeführt werden. Das Eingangssignal gelangt über einen Lautstärkeregler 84 zu einer Treiberstufe 86, die einen Gegentaktverstärker 88 steuert. Die verstärkten Ausgangssignale der Gegentaktstufe 88 werden direkt der Schwingspule 81 des Lautsprechers 80 zugeführt. Die Schwingspule ist mit einem Mittelabgriff versehen, ein Ausgangstransformator ist nicht vorhanden. Durch die Abnahmeanordnung 82 ist es nun vorteilhafterweise möglich, auch ohne Ausgangstransformator eine Rück- oder Gegenkopplungsspannung zu erhalten. Die Abnahmespule 82 ist zwischen einen Schaltungspunkt 91, der wechselspannungsmäßig auf Masse liegt, und die näher an Masse liegende Klemme 93 des Lautstärkereglers 84 geschaltet. Das Ausgangssignal der Spule 82 gelangt dadurch über den Lautstärkeregler 84 zur Basis ao des Transistors der Tredberstufe 86. Parallel zur Spule 82 ist.ein Widerstand 90 geschaltet, der die Ausgangssignale der Abnahmeanordnung etwas dämpft. Ein ebenfalls parallel zur Abnahmeanordnung geschalteter Kondensator 92 schwächt die höherfrequenten Komponenten des in der Spule 82 induzierten Signals. Die Schaltungselemente 90, 92 können unter Umständen entfallen, dies hängt von dem Lautspretihertyp und der Windungszahl der Spule 82 ab. Die Schaltung ist so getroffen, daß die Ausgangssignale der Abnahmespule 82 und die der Verstäirkerstufe 86 vom Demodulator zugeführten Audiosignale gegenphasig sind. Die Spule 82 liegt also in einer Gegenkopplungsschaltung, durch die der Ausgang des Lautsprechers auf den Eingang der Steuerschaltung des Lautsprechers gegengekoppelt wird. Das Lautsprechersystem und die Gegenkopplungsschaltung sind also für Nichtlinearitäten in der Bewegung der Schwingspule des Lautsprechers kompensiert.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektroakustischer Wandler mit einem Magnetsystem, das einen magnetischen Flußweg mit einem Luftspalt definiert, in dem eine bewegliche Schwingspule angeordnet ist, und mit einer zusätzlichen Magnetanordnung, welche eine Rückkopplungsspule enthält, an der eine den Bewegungen der Schwingspule entsprechende Rüekkopplungsspannung für einen die Schwingspule speisenden Verstärker auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß die die Rückkopplungsspule (42, 78) enthaltende zusätzliche Magnetanordnung (34, 68) außerhalb des Magnetsystems (18, 50) des Wandlers angeordnet und mit dessen Streufluß gekoppelt ist.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche MagnetanordnHag ein Magnetjoch (36, 70) und ein in diesem angeordnetes Polstück (38, 72), das die Rückkopplungsspule (42, 78) trägt, enthält.

3. Wandler nach Anspruch 2 in Form eines Lautsprechers mit einer im Luftspalt beweglichen zylindrischen Schwingspule und einem Magnetsystem, das ein in die Schwingspule reichendes zylindrisches Polstück enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Polstück des Lautsprechermagnetsystems und das die Rückkopplungsepute tragende Polstück der zusätzlichen Magnetanordnung axial ausgerichtet angeordnet sind.

4. Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Polstück der zusätzlichen Magnetanordnung an dem der Schwingspule am weitesten entfernten Teil des Magnetsystem« angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 967169, 853 298,
719459;
USA.-Patentschiiften Nr. 2 948 778, 2 860183.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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