DE19633097C2

DE19633097C2 - Miniaturisierter elektroakustischer Wandler

Info

Publication number: DE19633097C2
Application number: DE19633097A
Authority: DE
Inventors: Koichi Kojima
Original assignee: Foster Electric Co Ltd
Current assignee: Foster Electric Co Ltd
Priority date: 1995-08-29
Filing date: 1996-08-16
Publication date: 1999-02-18
Anticipated expiration: 2016-08-17
Also published as: JP2692040B2; DE19633097A1; US5740264A; JPH0965485A

Description

Die Erfindung betrifft miniaturisierte elektroakustische Wandler und insbesondere solche miniaturisierte elektro akustische Wandler, die wirksam in den rechteckförmigen oder einen ähnlich geformten, engen Einbauraum im Inneren von zugehörigen Geräten, wie kleinen oder miniaturisierten Personalcomputern, tragbaren Radios, Tonbandgeräten etc. eingebaut werden können.

In Personalcomputern und ähnlichen Geräten sind im allge meinen miniaturisierte elektroakustische Wandler, wie z. B. Lautsprecher, eingebaut, wobei die Einbauräume für diese Wandler sofort begrenzt sind, wenn eine ausreichende Ver kleinerung der Größenabmessungen beabsichtigt ist.

Die Einbauräume sind normalerweise rechteckförmig und schmal, wohingegen die verwendeten Lautsprecher kreisförmig sind, so daß der für den rechteckförmigen Einbauraum ver wendbare Lautsprecher auf einen Lautsprecher mit einem der Breite des Einbauraums entsprechenden Durchmesser begrenzt ist, wobei aber die wirksame Vibrationsfläche der Membran möglicherweise zu klein wird und es daher schwierig ist, bei diesen Geräten gute akustische Eigenschaften zu erzielen. Zur Verbesserung der akustischen Eigenschaften dieser Geräte wurde andererseits vorgeschlagen, in jedem rechteckigen Ein bauraum zwei kreisförmige Miniaturlautsprecher zu verwenden, aber diese Maßnahme ist immer noch mühevoll, da die Einbau arbeit aufgrund der Enge des Einbauraums schwierig ist, und da die erforderlichen Kosten für die Verwendung von zwei Lautsprechern aus wirtschaftlicher Sicht unangebracht sind.

In der japanischen Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift Nr. 59-159097 und der JP-OS 7-46690 und der JP-OS 7-15792 wer den andererseits Membrananordnungen mit elliptischem Umriß offenbart, aber die in diesen Schriften beschriebenen Maß nahmen dienen nur zur Verminderung von akustischen Verzer rungen aufgrund der Ausbildung des Membrankörpers in ellip tischer Form durch Variieren der Steifigkeit des mit dem Membrankörper verbundenen Rand- bzw. Scharnierbereichs zwi schen der Hauptachsenseite und der Nebenachsenseite des Randbereichs, wohingegen aber weder eine elliptische, pla nare Membran mit einer zur Verwendung als Musikquelle ge eigneten Tonqualität bereitgestellt wird, noch eine einzig artige Anordnung in bezug auf den Randbereich aufgezeigt wird.

Die japanische Offenlegungsschrift JP 60-12 897 zeigt einen elektroakustischen Wandler, bei dem in einem rechteck förmigen Rahmen ein Membranbauteil aus einer in der Drauf sicht elliptischen, aber eine kegelige Form aufweisenden Membran und einer mit dieser an deren Kegelgrundfläche verbundenen rechteckigen planaren Membran angeordnet ist.

Die amerikanische Patentschrift Nr. 4,412,103 beschreibt die Verwendung von Glimmer und Polyester für Lautsprecher membranen.

Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht also darin, einen miniaturisierten elektroakustischen Wandler bereitzustellen, mit dem die oben beschriebenen Probleme von bekannten Wandlern beseitigt werden, der wirksam in den rechteckförmigen oder einen ähnlich geformten Einbauraum eingebracht werden kann, mit dem eine zur Verwendung als Musikquelle geeignete Tonqualität durch einen einzigen elektroakustischen Wandler erreicht wird und mit dem wirksam ein hervorragender Raumfaktor verwirklicht werden kann, wäh rend hervorragende Eigenschaften, eine einfache Einbaubar keit und eine hohe Wirtschaftlichkeit beibehalten werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch einen miniaturisierten elektroakustischen Wandler gelöst, bei dem ein Membrankörper mit Hilfe von Positionsführungen in einen aus einer Kunststoff-Formmasse hergestellten Rahmen eingespannt ist, wobei die Positionsführungen in jeweils diagonal entgegengesetzten Bereichen auf der Oberseite des Rahmens vorgesehen sind, und bei dem der Membrankörper eine Membran und eine am Rand der Membran angeordnete Sicke um faßt, wobei die Sicke eine ringförmige, längliche und im wesentlichen elliptische Form aufweist und mit dem Rand der Membran fest verbunden ist und wobei der Rahmen eine im wesentlichen rechteckige Form und eine längliche, im wesent lichen elliptische Öffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran eine planare, längliche und im wesentlichen elliptische Form mit einer Haupt- und einer Nebenachse auf weist und die Sicke in Richtung der Nebenachse des Rahmens schmaler, in Richtung der Hauptachse des Rahmens breiter und auf der dem Rahmen gegenüberliegenden Seite zu dem Rahmen hin gewölbt ausgebildet ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfin dung unter Bezugnahme auf eine in den beigefügten Zeichnun gen gezeigte bevorzugte Ausführungsform. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen minia turisierten elektroakustischen Wandler;

Fig. 2 einen Seitenaufriß des Wandlers aus Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht des Wandlers entlang der Linie A-A in Fig. 1;

Fig. 4 eine Schnittansicht des Wandlers entlang der Linie B-B in Fig. 1;

Fig. 5 eine Draufsicht auf die in dem Wandler gemäß Fig. 1 verwendete Membran;

Fig. 6 einen Seitenaufriß der Membran aus Fig. 5;

Fig. 7 eine Draufsicht auf den in dem Wandler aus Fig. 1 verwendeten Membrankörper, einschließlich der Mem bran und der Sicke;

Fig. 8 einen Seitenaufriß des Membrankörpers aus Fig. 7;

Fig. 9 eine Schnittansicht des Wandlers entlang der Linie C-C in Fig. 7;

Fig. 10 eine Draufsicht auf einen in dem Wandler gemäß Fig. 1 verwendeten Dämpfer für die Membran;

Fig. 11 eine Seitenansicht des Dämpfers aus Fig. 10;

Fig. 12 eine Unteransicht des miniaturisierten elektroaku stischen Wandlers aus Fig. 1; und

Fig. 13 ein Diagramm, in dem die Frequenzkennlinie des minia turisierten elektroakustischen Wandlers aus Fig. 1 in Abhängigkeit von der Schalldruckstärke angegeben ist.

Obgleich die vorliegende Erfindung nachfolgend unter Bezug nahme auf die gezeigte besondere Ausführungsform beschrieben wird, ist nicht beabsichtigt, die vorliegende Erfindung nur auf diese besondere Ausführungsform zu begrenzen, sondern es sollen alle möglichen Abänderungen, Ersatzlösungen und äqui valente Anordnungen umfaßt werden, die innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche möglich sind.

Gemäß den Fig. 1 bis 4 beinhaltet der erfindungsgemäße elektroakustische Wandler 10 einen mit Hilfe eines Spritz gußverfahrens aus einem Harz, wie z. B. Acrylnitril-Butadien- Styrol (ABS), hergestellten Rahmen 11. Dieser Rahmen 11 wird in einer rechteckigen Form bereitgestellt, die im wesent lichen der Form des Einbauraums entspricht, wobei die Abmes sungen des Rahmens beispielsweise 40 mm × 20 mm × 8,5 mm (Länge × Breite × Höhe) betragen. Durch die Ausbildung des Rahmens 11 in rechteckiger Form ist der Wandler so beschaf fen, daß der begrenzte Einbauraum effektiv genutzt wird. Dadurch kann erfindungsgemäß jeglicher verlorener Raum gut vermindert werden, wohingegen ein beispielsweise kreisförmig ausgebildeter Rahmen auf der Einbauseite einen hohen Ver lustraum verursacht. Im Gegensatz zu einem Lautsprecher, bei dem ein kreisförmiger Rahmen mit in Breiten- und Längenrich tung gleicher Größe verwendet wird, kann darüber hinaus die Membran in dem rechteckigen Rahmen eine größere effektive Vibrationsfläche aufweisen, so daß die Membran mit besseren Eigenschaften versehen ist. In dem Rahmen 11 ist darüber hinaus ein planarer Membrankörper 12 vorgesehen, der als Ganzes in einer elliptischen Form ausgebildet ist. In den vier Eckenbereichen des Rahmens 11 sind Einbau-Durchbohrun gen a vorgesehen.

Wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt, ist der Membrankörper 12 hauptsächlich aus einer Membran 13 aufgebaut, die in einer sehr dünnen, planaren Form aus einer Glimmerschaummasse ge bildet ist, so daß die Gesamthöhe des miniaturisierten elek troakustischen Wandlers vermindert werden kann. Die Bildung der Membran 13 aus dem geschäumten Glimmer wird in dem US- Patent Nr. 5,003,610 näher beschrieben, welches auf die Anmelderin der vorliegenden Erfindung übertragen wurde. Der geschäumte Glimmer kann beispielsweise dadurch erhalten werden, daß aus einem Feinerz von natürlichem Glimmer durch Unterwasserfreisetzung schuppenförmige Glimmerplättchen er zeugt und die Glimmerplättchen mit einer geeigneten Menge Zellstoffasern, Polyvinylalkoholfasern etc. vermischt wer den, woraus mittels eines Naßpapierverfahrens eine wasser haltige Folie hergestellt und die wasserhaltige Folie unter Erwärmung gedehnt wird.

Wenn in diesem Fall eine folienartige Membran in Kalotten form oder inverser Kalottenform verwendet wird, wie dies in gewöhnlichen miniaturisierten elektroakustischen Wandlern der Fall ist, entsteht ein übermäßiger Raumbedarf, der eine größere Gesamthöhe erforderlich macht, wohingegen durch die erfindungsgemäße Verwendung der planaren Membran aus ge schäumtem Glimmer die Gesamthöhe weitestmöglich verringert werden kann. Die Bildung der Membran in planarer Form be wirkt in diesem Fall darüber hinaus einen flachen Verlauf der Frequenz-Kennlinie in einen höheren Bereich und trägt zu einer Verbesserung der Tonqualität bei. Mit der kalotten förmigen Membran kann die Kennlinie in den höheren Bereich ausgedehnt werden, jedoch besteht dort eine Tendenz, daß der Schalldruck im höheren Bereich ansteigt und es schwierig wird, flache Frequenzkennlinien zu erhalten.

Die aus dem sehr dünnen geschäumten Glimmer gebildete plana re Membran 13 ist randumlaufend mit einer Sicke 14 versehen, wie insbesondere aus den Fig. 7 bis 9 ersichtlich ist. Die Sicke 14 und die vorhergehend genannte planare Membran 13, die aus dem geschäumten Glimmer gebildet ist, sind fest miteinander verklebt. Die Sicke 14 ist aus einem Urethan- Ester-Elastomer (Polyesterurethan-Elastomer) gebildet. Durch die Verwendung des Polyesterurethan-Elastomers ist es mög lich, hervorragende Preßteileigenschaften in bezug auf deren Herstellbarkeit zu erhalten und Konfigurationsschwankungen auf ein Minimum zu begrenzen. Während eine aus einer gewöhn lichen Folie oder dergleichen gebildete Sicke dazu neigt, je nach Preßzustand hinsichtlich der f₀-Kennlinie oder der f- Kennlinie zu schwanken, kann das Auftreten einer derartigen Schwankung durch Verwendung eines Polyesterurethan-Elasto mers verhindert werden.

Durch die Verwendung einer derartigen aus einem Polyester urethan-Elastomer gebildeten Sicke 14 ist es darüber hinaus möglich, die Elastizität der Sicke ausreichend zu erhöhen, um die erforderliche Nachgiebigkeit der Sicke zu gewährlei sten, und zwar auch in solchen Fällen, in denen keine aus reichende Breite erreicht wird, wie beispielsweise auf der Nebenachsenseite der Ellipsenform, und es ist möglich, eine Störung der Amplitude der Schwingspulenschwingung zu ver mindern, sogar wenn R plötzlich ansteigt. Die Sicke 14 ist folglich in der Lage, mit einer hohen Amplitude der Membran fertigzuwerden und außerdem f₀ herabzusetzen. Es ist ferner möglich, das Auftreten von anomalen Geräuschen aufgrund von Verzerrungen oder dergleichen zu verhindern. Die aus der Folie hergestellte Membran ist mit anderen Worten nicht fähig, eine durch starkes Anwachsen der Amplitude verur sachte Störung zu absorbieren, so daß sie deformiert wird und zur Erzeugung der anomalen Geräusche neigt, wobei f₀ aufgrund der damit verbundenen plötzlichen Abfälle beträcht lich ansteigt. Diese Probleme können jedoch durch Bildung der Sicke 14 aus einer Polyesterurethan-Folie überwunden werden.

Die Sicke 14 beinhaltet, wie inbesondere aus Fig. 8 ersicht lich ist, gekrümmte Bereiche 14a, die auf beiden Hauptach senseiten allmählich nach unten gebogen sind. Wie weiter aus Fig. 7 zu entnehmen ist, ist die Sicke 14 in den Richtungen der Nebenachse schmal und in den Richtungen der Hauptachse breit, so daß sie insgesamt elliptisch ist, und sie ist ent lang ihres Umfangsrandes mit einem Befestigungsteil 15, wie z. B. einem Führungsring oder einer Dichtung, versehen. Der Membrankörper 12 ist mittels eines Klebstoffs an dem Rahmen 11 befestigt, wobei der Membrankörper an vier Punkten in den vier Ecken mit Hilfe von Führungen 16 gehalten wird, und zwar in einem Zustand, in dem der Membrankörper 12 von dem Befestigungsteil 15 umgeben ist. Wie in Fig. 9 gezeigt, wer den dabei in den Richtungen der Nebenachse Randvertiefungen 14b gebildet.

Die Führungen 16 sind in den vier Eckenbereichen des Rah mens 11 zur Positionierung der Membran vorgesehen. In diese Führungen 16 greifen außenliegende bogenförmige Kanten des Befestigungsteils 15 zum Einspannen des die Membran 13 und die Sicke 14 umfassenden Membrankörpers 12 ein. Auf den jeweiligen Seiten in Richtung der Hauptachse und der Neben achse sind keine Führungen vorgesehen, so daß die Vibra tionsfläche größer gehalten werden kann.

Wie insbesondere in den Fig. 3 und 4 gezeigt, ist der Rahmen 11 darüber hinaus so aufgebaut, daß er an seiner Unterseite ein Einsatzteil oder einen Magnetkreis aufnehmen kann. Das heißt, der Rahmen 11 ist mit einem Innenmagneten oder einem Kernmagnetkreis 17 versehen. Wenn in diesem Fall ein Außenmagnet oder ein mantelartiger Magnet gewählt wird, wird der Aufbau vergrößert, und es tritt ein Flußleckverlust auf, wodurch die fertigmontierten Produkte, wie beispiels weise die Computer oder dergleichen, nachteilig beeinflußt werden. Dieses Problem kann jedoch durch Verwendung eines Innenmagneten oder Kernmagneten beseitigt werden. Der Ma gnetkreis 17 ist durch ein im Querschnitt im wesentlichen U-förmiges Joch 18, einen auf dem Boden des Jochs 18 vorge sehenen Magneten 19 und einer auf dem Magneten 19 angeordne ten Platte 20 gebildet, wobei eine Schwingspule 21 in einem Magnetspalt angeordnet ist, der sich zwischen dem Außenrand der Platte 20 und dem der Platte 20 gegenüberliegenden obe ren Innenrand des Jochs 18 befindet.

Während der vorstehend beschriebene Magnetkreis als Innen magnet oder Kernmagnet ausgebildet ist, kann je nach Anwen dungsbereich (bei anderer Anwendung als in Computern) auch ein Außenmagnet oder mantelartiger Magnet als Magnetkreis verwendet werden, wobei der Außenmagnet oder der mantelarti ge Magnet hinsichtlich des Schalldrucks vorteilhafter ist.

Das obere Ende der Schwingspule 21 ist direkt an die Membran 13 angeklebt. Die Schwingspule 21 wird darüber hinaus von einem Dämpfer 22 gehalten, der gemäß den Fig. 10 und 11 in Form eines kurzen Zylinders ausgebildet ist, an seinem Außenrand gewellt bzw. mit einer Rille 22a versehen und mit seinem Innenrand an die Schwingspule 21 angeklebt ist, und der außerdem mit seinem Außenrand, wie insbesondere in Fig. 3 gezeigt, an ein Dämpferträgerteil des Rahmens 11 angeklebt ist.

In Fig. 12 ist die Rückseite des erfindungsgemäßen miniatu risierten elektroakustischen Wandlers 10 gezeigt, auf der Lahnlitzen oder Spiralkabel 23 vorgesehen sind, die auf einer Seite an die Schwingspule 21 und auf der anderen Seite an einen Anschlußsockel 24 angeschlossen sind, der auf einer der Hauptachsenseiten des rechteckigen Rahmens 11 vorgesehen ist. Durch die Ausbildung der Schwingspule 21 in dem Lahn litzensystem wird die Anordnung vereinfacht und es kann ein hochbelastbarer Eingang erreicht werden. Eine Anordnung, bei der Spulenzuleitungen gelegt werden, benötigt mit anderen Worten eine Dämpfung oder eine vergleichbare Behandlung, was jedoch gemäß der vorliegenden Erfindung nicht notwendig ist.

Da der oben beschriebene miniaturisierte elektroakusti sche Wandler 10 der vorliegenden Erfindung rechteckförmig gebildet und die Membran 13 aus dem planaren geschäumten Glimmer mit Hilfe der aus Polyesterurethanen hergestellten Sicke 14 in den Rahmen 11 eingespannt ist, können die in Fig. 13 gezeigten Frequenzkennlinien (f-Kennlinien) erhalten werden, die mit der einfacheren und billigeren Anordnung vom niederen bis zum höheren Frequenzbereich einen konstanten Verlauf aufweisen. Da die Führungen 16 in den diagonal ent gegengesetzten Ecken des Rahmens 11 vorgesehen sind und das mit den Führungen 16 zusammenwirkende Befestigungsteil 15 an dem Membrankörper 12 vorgesehen ist, trägt die Anordnung beträchtlich zu einer guten Herstellbarkeit bei.

Es ist leicht zu erkennen, daß der miniaturisierte elektro akustische Wandler 10 gemäß der vorstehend beschriebenen Anordnung nicht nur in Personalcomputern, wie Arbeitsplatz rechnern, Notebooks oder ähnlichen Typen, verwendbar ist, sondern auch in miniaturisierten elektroakustischen Geräten und Ausrüstungen, wie Lautsprecher-Mikrophonen zur Ver wendung in Kommunikationsgeräten und -ausrüstungen, Minia turradios, Miniaturfernsehgeräten mit LCD-Bildschirm zur Verwendung in Fahrzeugen, Navigationssystemen etc. verwendet werden kann, bei denen auch die Tonqualität immer wichtiger wird.

Claims

1. Miniaturisierter elektroakustischer Wandler (10), bei dem ein Membrankörper (12) mit Hilfe von Positionsführungen (16) in einen aus einer Kunststoff-Formmasse hergestellten Rahmen (11) eingespannt ist,
wobei die Positionsführungen (16) in jeweils diagonal entgegengesetzten Bereichen auf der Oberseite des Rahmens (11) vorgesehen sind,
und bei dem der Membrankörper (12) eine Membran (13) und eine am Rand der Membran (13) angeordnete Sicke (14) umfaßt,
wobei die Sicke (14) eine ringförmige, längliche und im wesentlichen elliptische Form aufweist und mit dem Rand der Membran (13) fest verbunden ist, und
wobei der Rahmen (11) eine im wesentlichen rechteckige Form und eine längliche, im wesentlichen elliptische Öffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
die Membran (13) eine planare, längliche und im wesentlichen elliptische Form mit einer Haupt- und einer Nebenachse aufweist und
die Sicke (14) in Richtung der Nebenachse schmaler, in Richtung der Hauptachse breiter und auf der dem Rahmen (11) gegenüberliegenden Seite zu dem Rahmen (11) hin gewölbt ausgebildet ist.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (13) aus geschäumten Glimmer gebildet ist und die Sicke (14) aus einem Polyestherurethan-Elastomer gebildet ist.

3. Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein kurzer zylindrischer Spulenkörper vorgesehen ist, der an seinem einen axialen Ende an einem zentralen Bereich der Membran (13) befestigt ist und auf seinem anderen Endabschnitt eine Schwingspule (21) trägt, die magnetisch mit einem Magnetkreis gekoppelt ist, ein ringförmiger Dämpfer (22) den Spulenkörper federnd mit dem Rahmen (11) verbindet, in dem Rahmen (11) eine Stützbasis ausgebildet ist, die dem Membrankörper (12) im wesentlichen parallel gegenüberliegt und der Magnetkreis auf der Stützbasis angeordnet ist.

4. Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkreis vom Innenmagnettyp ist.

5. Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkreis vom Kernmagnettyp ist.

6. Wandler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die längliche, im wesentlichen elliptische Form der Membran (13), der Sicke (14) und der Öffnung des Rahmens (11) zwei parallele, gerade Seiten entlang der Hauptachsen der elliptischen Form und zwei halbkreisförmige Enden aufweist, die die beiden Enden der zwei parallelen Seiten entlang der Nebenachse verbinden.

7. Wandler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicke (14) entlang ihres Randes mit einem Befestigungsteil (15) versehen ist, wobei vier Ecken des Befestigungsteils (15) auf den Hauptachsenseiten in die Führungen (16) auf dem Rahmen (11) in den vier diagonal entgegengesetzten Bereichen eingreifen.