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Elektrodynamischer Wandler besonders kleiner Bauweise Die Erfindung
bezieht sich auf einen extrem flachen elektrodynamischen Schallwandler, der sich
durch seine Kleinstbauweise auszeichnet.
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Im Zuge der Miniaturisierung von elektronischen Apparaten, der besonders
bei tragbaren Nachrichtengeräten wie beispielsweise bei Personenrufanlagen und Funksprechgeräten
in letzter Zeit große Aufmerksamkeit entgegengebracht worden ist, wird es als nachteilig
empfunden, daß im allgemeinen die verwendeten Schallwandler wie Mikrophon, Kleinstlautsprecher
und Hörer noch relativ groß gegenüber den übrigen Bauelementen sind. Eine bloße
Verkleinerung derselben ohne Veränderung ihres bisher praktizierten Aufbaus setzt
den Wirkungsgrad erheblich herab.
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Es sind schon magnetische Schallwandler mit relativ kleinen Abmessungen
bekannt, die mit ausreichendem Wirkungsgrad arbeiten, da infolge sehr geringer Abstände
zwischen Anker und Gegenpol das benötigte Magnetvolumen klein gehalten werden kann.
Diesem Schallwandler haften jedoch gewisse Nachteile an: Der sehr kleine Abstand
zwischen Anker und Gegenpol unterliegt, fertigungstechnisch bedingt, sehr großen
Schwankungen, dadurch ergeben sich große Toleranzen in der Empfindlichkeit, im Frequenzgang
und im Scheinwiderstand. Des weiteren sind, vom physikalischen Prinzip her bedingt,
die nichtlinearen Verzerrungen bei magnetischen Schallwandlern wesentlich höher
als bei dynamischen Wandlern.
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Auch wird es als nachteilig empfunden, daß die Kapseln nicht allzu
widerstandsfähig gegen mechanische Einflüsse sind, so daß man bestrebt ist, für
Anwendungsgebiete, bei denen es auf hohe Zuverlässigkeit ankommt, elektrodynamische
Schallwandler nach dem Tauchspulenprinzip einzusetzen. Da jedoch der Luftspalt,
in den die Schwingspule eintaucht, aus konstruktiven Gründen wesentlich größer ist
als bei magnetischen Kapseln, wird hier ein relativ großes Magnetvolumen benötigt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Abmessungen dynamischer
Schallwandler zu verringern und dabei insbesondere eine extrem flache dynamische
Kapsel zu schaffen, ohne den Wirkungsgrad zu verschlechtern.
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Die Erfindung geht von dem Tatbestand aus, daß die Magnethöhe den
wesentlichsten Faktor in der Bauhöhe der Kapsel darstellt. Bei Verwendung von hochkoerzitiven
Magneten, z. B. Osydmagneten, lassen sich zwar flache Magnetsysteme aufbauen, in
diesem Falle ist aber die Remanenz sehr niedrig, so daß diese Magnete einen großen
Querschnitt aufweisen müssen, wodurch wiederum der Außendurchmesser der Kapseln
groß wird.
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Es ist üblich, die Magnetsysteme mit Kernmagneten oder Ringmagneten
aufzubauen.
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Die Lösung der erfindungsgemäß gestellten Aufgabe besteht in der Kombination
folgender Merkmale: a) Das Magnetsystem enthält einen Kernmagneten 1 und einen Ringmagneten
2; b) die weichmagnetischen Teile 3, 4, 5 des Magnetsystems bestehen aus einem Material
mit hoher Sättigung, z. B. aus einer 50o/oigen Eisen-Kobalt-Legierung; c) die zur
Beeinflussung des Frequenzganges benötigten Dämpfungsmittel 10 sind am Umfang der
Kapsel innerhalb der Abschlußkappe 11 angebracht und mittels seitlicher öffnungen
12 dieser Kappe an das Luftvolumen das umgebenden Gehäuses derart angekoppelt, daß
sich die Kapsel auf eine Platte 16, vorzugsweise mit gedruckter Schaltung zur Aufnahme
von Bauelementen, aufsetzen läßt, ohne daß diese Platte die Öffnungen verdeckt;
d) die Abschlußkappe 11 ist derart ausgebildet, daß sich am Außendurchmesser ein
Absatz befindet, welcher den zentrischen Einsatz der Kapsel in eine Gehäusebohrung
ermöglicht, wodurch die Kapsel um die Höhe dieses Absatzes in die Gehäusewandung
hineinragt und dadurch weiterer Raum für andere Bauelemente frei wird.
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Weiter ist für die Erfindung von Bedeutung, daß die zur Beeinflussung
des Frequenzganges benötigten Dämpfungsmittel 10 am Umfang der Kapsel innerhalb
der Abschlußkappe angebracht sind und
mittels Schlitzen am Unterteil
der Kapsel an das Luftvolumen des umgebenden Gehäuses derart angekoppelt sind, daß
sich die Kapsel auf eine Platte, vorzugsweise mit gedruckter Schaltung zur Aufnahme
von Bauelementen, aufsetzen läßt, ohne daß diese Platte die Schlitze abdeckt.
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Dadurch ergeben sich folgende Vorteile: Durch die erfindungsgemäße
-gleichzeitige Verwendung eines Kernmagneten und eines Ringmagneten wird die erforderliche
Magnethöhe- halbiert. Des weiteren wird der Energiegehalt des Magnetsystems pro
Volumeinheit dadurch erhöht, daß die bei bekannten Magnetsystemen aus magnetisch
weichem Eisen bestehenden Rückschlüsse erfindungsgemäß durch hartmagnetisches Material
ersetzt werden. Die Magnetisierung erfolgt mit einem Stromimpuls durch eine Spule,'
welche - durch den Luftspalt in den Raum zwischen den beiden Magneten eingeführt
wird.
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Weiter ist es von Vorteil, daß auch die weichmagnetischen Teile durch
ein hochwertiges Material ersetzt werden. Besonders die Übergangsstelle am Boden
des Magneten muß relativ stark ausgebildet werden, um an ..dieser .Stelle Streuverluste
zu .vermeiden. Durch Vewendung einer 50o/oigen Eisen-Kobalt-Legierung, deren Sättigung
wesentlich höher ist als bei Weicheisen, läßt sich die Stärke dieses Bodens herabsetzen,
ohne daß magnetische Verluste auftreten. Zusätzlich ist es vorteilhaft, auch alle
anderen weichmagnetischen Teile aus dieser Legierung herzustellen.
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Um die Bauhöhe der Kapsel weiter zu verringern, wird erfindungsgemäß
vorgesehen, die zur Beeinflussung des Frequenzganges benötigten Dämpfungsmit tel
nicht wie bisher unterhalb des Magnetsystems, sondern seitlich anzubringen. Vorteilhafterweise
kann dieses Dämpfungsmittel durch eine Abschlußkappe gehalten werden, die mit seitlichen
Öffnungen versehen ist.
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Die Kappe dient gleichzeitig dem mechanischen Schutz der Membran und
weist auf der Vorderseite Schalldurchtrittsöffnungen auf. Dadurch wird erfindungsgemäß
ein zusätzliches Teil zur Befestigung des Dämpfungsmaterials. eingespart.
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Schließlich ist für= die Erfindung noch von Bedeutung, daß die erfindungsgemäße
flache Bauweise besondere Vorteile bringt, da hierbei die Membranfläche relativ
groß - ist und damit der Wirkungsgrad verbessert werden kann.
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Die Zeichnungen zeigen eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung,
und es bedeutet F i g. 1 einen Schnitt durch die erfindungsgemäß ausgeführte Kapsel,
-F i g. 2 einen Teilschnitt nach F i g. 1 mit zusätzlichen Schlitzen in der Kunststoffumspritzung.
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In F i g. 1 besteht das Magnetsystem aus dem Kernmagneten lx dem Ringmagneten
2, der Bodenplatte 3, der Polplatte 4 und aus dem Polring 5, wobei die Teile 3,
4 und 5 aus weichmagnetischem Material, vorzugsweise aus einer 50o/oigen Eisen-Kobalt-Legierung
bestehen. Das Magnetsystem ist mit einer Kunststoffumspritzung 6 umgeben, welche
gleichzeitig als Membranzentrierung dienen kann. Zur Auflage der Membran 7 dient
der Auflagering 8, welcher in an -sich bekannter Weise mit der Membran 7 eine Einheit
bilden kann. Die Abschlußkappe 11 mit den Schalldurchtrittsöffnungen 14 dient zum
mechanischen Schutz der Membran 7 und wird durch Bördelung mit der Kunststoffumspritzung
6 verbunden. Sie enthält ferner die seitlichen Öffnungen 12, durch welche der Raum
15 hinter der Membran über die Kanäle 9 und das Dämpfüngsmaterial 10 akustisch an
das die Kapsel umhüllende Gehäuse ankoppelbar ist. Der Anschluß für die Tauchspule
wird über die Zuführungslitzen 13 vorgenommen.
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In einer abgewandelten Ausführung können die Spulenanschlüsse in Form
von Stiften ausgeführt werden, so daß sich die Kapsel direkt auf eine Platte 16
aufsetzen läßt, die vorzugsweise mit gedruckter Schaltung zur Aufnahme von Bauelementen
versehen ist.
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F i g. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel-Hier wird das Dämpfungsmaterial
ebenfalls seitlich angebracht, jedoch mit dem Unterschied, daß die Ankopplung des
Raumes 15 unterhalb der Membran 7 über die Dämpfung 10 an das Luftvolumen des Gehäuses
über die Rückseite der Kapsel derart erfolgt, daß der umlaufende Rand der Kunststoffumspritzung,
auf dem die Kappe gebördelt ist, mit Schlitzen 17 versehen ist, über welche die
akustische Ankopplung erfolgen kann.
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Mittels der oben beschriebenen Anordnung ist es möglich, Kapseln mit
einem Durchmesser von 20 mm und einer Höhe von 8 mm herzustellen, die als Mikrophon
eine Leerlaufempfindlichkeit von etwa 0,1 mV/#tB bei einem Innenwiderstand von 200
Ohm aufweisen. Diese Empfindlichkeit kann mit herkömmlichen Mitteln bei genannten
Abmessungen kaum erreicht werden.
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Da es bei der erfindungsgemäßen Konstruktion möglich ist, am äußeren
Rand der Abschlußkappe eine Auflagefläche von etwa 3 mm Breite vorzusehen, welche
etwa 2,5 mm hinter der Abschlußfläche zurücksteht, läßt sich die Kapsel in ein Gehäuse
einbauen, und zwar vorteilhafterweise so, daß die Abschlußkappe 11 mit der Außenwand
18 des Gehäuses abschließt, wodurch die Kapsel nur 5,5 mm in das Gehäuse hineinragt.