DE19637847A1

DE19637847A1 - Elektro - akustische Wandler

Info

Publication number: DE19637847A1
Application number: DE1996137847
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr Krump
Original assignee: Nokia Deutschland GmbH
Current assignee: Harman Audio Electronic Systems GmbH
Priority date: 1996-09-17
Filing date: 1996-09-17
Publication date: 1998-03-19

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Ausbildung von elektro-akustischen Wandlern, insbesondere auf die Ausbildung von solchen Wandlern, die zur Abstrahlung von breitbandigen Tonsignalen vorgesehen sind.

Stand der Technik

Gemäß dem Stand der Technik sind elektro-akustische Wandler allgemein so aufgebaut, daß ein Magnetsystem vorhanden ist, in welchem eine Schwingspule angeordnet ist. Wird die Schwingspule mit niederfrequenten Tonsignalen einer Tonsignalquelle beaufschlagt, schwingt die Schwingspule in Abhängigkeit von den zugeführten Tonsignalen längs zur Mittelachse des Wandlers und treibt dabei eine mit ihr verbundene Membran an. In Abhängigkeit von den zu übertragenden Tonsignalen sind auf die gewünschten Abstrahlfrequenzen optimierte Wandler bekannt. So werden beispielsweise hoch-frequente Tonsignale in aller Regel von sogenannten Kalottenlautsprechern abgestrahlt, deren Membran kalottenförmig ausgebildet ist. Konuslautsprecher, deren Membran konusförmig geformt ist, sind hingegen im Tieftonbereich anzutreffen. Im Mitteltonbereich werden sowohl Kalotten- als auch Konusmembran eingesetzt. Soll ein elektro-akustischer Wandler jedoch den gesamten Frequenzbereich von Tonsignalen einer Tonsignalquelle ab strahlen, werden ausschließlich Konuslautsprecher eingesetzt. Diese Konuslautsprecher, welche auch als Breitbandlautsprecher bezeichnet werden, weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf, die damit zusammenhängen, daß diese Lautsprecher eine große Frequenzbandbreite übertragen müssen und somit gegenüber einer Kombination aus Lautsprechern, welche jeweils für einen bestimmten, engen Frequenzbereich optimiert ausgebildet sind, ein etwas schlechtes Wiedergabeverhalten zeigen. Während dieses schlechte Wiedergabeverhalten von Breitbandlautsprechern im tief- und mittelfrequenten Tonbereich noch als akzeptabel bezeichnet werden kann, ist das verminderte Wiedergabeverhalten von Breitbandlautsprechern im Hochtonbereich kaum hinnehmbar. Ursache für dieses Verhalten von Breitbandlautsprechern in der Hochtonwiedergabe ist der Umstand, daß durch die Anordnung der Schwingspule im Luftspalt des Magnetsystems deren Induktivität bei hochfrequenten Tonsignalen dämpfend wirkt, was mit einem Pegelverlust in diesem Frequenzbereich verbunden ist. Um dieses Problem bei Breitbandlautsprechern abzumildern, wird gemäß dem Stand der Technik auf dem Polkern des Magnetsystems eine Kupferkappe aufgepreßt, so daß der (Luft-) Spalt, in welchem die Schwingspule angeordnet ist, zwischen der Kupferkappe und dem Innenrand der zum Magnetsystem gehörenden kreisringförmig ausgebildeten oberen Polscheibe gebildet wird. Diese Kupferkappe bewirkt, daß bei der Hochtonwiedergabe eines Breitbandlautsprechers die Induktivität der Schwingspule verringert wird und damit die frequenzabhängigen Impedanzkurve des Wandlers bei hohen Frequenzen weniger stark ansteigt. Da aber für die Induktion im Luftspalt eines Magnetsystems, deren Polkern mit einer Kupferkappe versehen ist, nicht der lichte Abstand zwischen Innenrand der Polscheibe und dem Außenrand der magnetisch nicht leitenden Kupferkappe, sondern allein der gegenseitige Abstand zwischen dem zum Joch des Magnetsystems gehörenden Polkern und dem Innenrand der oberen Polscheibe maßgeblich ist, führt die Zwischenordnung der Kupferkappe zu einer Abstandvergrößerung zwischen den maßgeblichen Teilen des Jochs und damit zu einer Verminderung der Induktion im Luftspalt. Soll dieser Induktionsabfall im Luftspalt und der damit einhergehende Gesamtpegelverlust von ca. 2 dB aufgefangen werden, ist es notwendig, die Größe des zum Magnetsystems gehörenden Dauermagneten zu vergrößern.

Da die Kosten eines Magnetsystems aber maßgeblich vom Dauermagneten bestimmt werden und i.ü. eine Vergrößerung des Dauermagneten mit einer in vielen Fällen nicht mehr tolerierbaren Gewichtszunahme verbunden ist, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Breitbandlautsprecher anzugeben, welcher die Vorteile der verwendeten Kupfermittel bei der Hochtonwiedergabe zeigt, jedoch trotz der Verwendung von Kupfermitteln keine Pegelabweichung stattfindet und daher auch keine Veränderung der Dauermagnetgröße notwendig macht.

Darstellung der Erfindung

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2-6 entnehmbar.

Wird der elektro-akustische Wandler entsprechend Anspruch 1 ausgebildet, wird sichergestellt, daß trotz der Verwendung von Kupfermitteln und der damit reduzierten Einflußnahme der Induktivität der Schwingspule bei der Hochtonwiedergabe trotz der Beibehaltung der Größe des Dauermagneten kein Pegelverlust auftritt. Mithin können Dauermagnete, Polplatten und Polkerne gleichgültig ob die aus diesen Komponenten gebildeten Magnetsysteme mit den Kupfermitteln versehen werden oder nicht, wegen der nicht notwendigen Abmessungsänderungen für eine Vielzahl von Anwendungsfällen standardisiert, d. h. mit einheitlicher Größe hergestellt werden, weil die erfindungsgemäßen Kupfermittel, werden sie mit dein Magnetsystem verbunden, keinen Pegelabfall bewirken.

Werden die Kupfermittel gemäß dem Stand der Technik ausgebildet wird das Ausschwingverhalten solcher Wandler gegenüber Wandlern verbessert, welche keine Kupfermittel aufweisen. Diese Wirkung der bekannten Kupfermittel ist auch bei Verwendung von erfindungsgemäßen Kupfermitteln gegeben, wobei allerdings Wandler mit erfindungsgemäßen Kupfermitteln im Vergleich zu Wandlern mit bekannten Kupfermitteln bei tiefen und hohen Frequenzen eine geringere Ausschwingzeit haben.

Werden die Kupfermittel gemäß Anspruch 3 als Spulen ausgebildet und sind deren jeweilige Enden miteinander kurzgeschlossen, läßt sich ein Pegelgewinn von ca. 4,5 dB ab 10 kHz erzielen, ohne daß im Tief- und Mitteltonbereich Pegelverluste zu verzeichnen sind.

Sind die Kupfermittel gemäß Anspruch 4 ausgebildet, fällt der Pegelgewinn mit ca. 2.5 dB ab 10 kHz gegenüber den in Anspruch 2 herrschenden Bedingungen etwas geringer aus.

Die besten Bedingungen werden dann erreicht, wenn die Kupfermittel gemäß Anspruch 4 ausgebildet werden. Durch die Verwendung von massiven Kupferringen wird ein Pegelgewinn von ca. 4,5 dB ab 10 kHz erzielt, wobei jedoch ein Pegelgewinn bereits ab 5 kHz sichtbar wird.

Eine weitere Verbesserung der Verhältnisse ist dann erzielbar, wenn der Polkern zusätzlich mit zumindest einer Nut versehen wird, in welcher ein Kupferreifen angeordnet ist.

Kurze Darstellung der Figuren

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Magnetsystem (schematisch);

Fig. 2 eine weitere Darstellung gemäß Fig. 2; und

Fig. 3 ein Diagramm.

Wege zum Ausführen der Erfindung

Die Erfindung soll nun anhand der Figuren näher erläutert werden.

Mit dem Bezugszeichen 10 ist in Fig. 1 ein Magnetsystem für einen Breitbandlautsprecher im Ausschnitt gezeigt. Dieses Magnetsystem 10 wird von einem kreisringförmigen Dauermagneten 11, einer ebenfalls kreisringförmig ausgebildeten oberen Polscheibe 12 und einem Polkern 13 gebildet. Dabei ist die obere Polscheibe 12 mit der Oberseite 14 des Dauermagneten 11 verbunden. Der Polkern 13 durchragt die in der oberen Polscheibe 12 und dem Dauermagneten 11 belassene Öffnung und ist an seinem nicht in Fig. 1 gezeigten Ende mit einer unteren Polscheibe verbunden, welche ihrerseits mit der Unterseite des Dauermagneten 11 in gleicher Weise wie die obere Polscheibe 12 verbunden ist. Zwischen dem oberen Ende 15 des Polkerns 13 und der oberen Polscheibe 12 besteht zwischen den eben benannten Teilen 12, 13 ein gegenseitiger radialer Abstand, welcher auch als Luftspalt 16 bezeichnet wird. In diesen Luftspalt 16 taucht eine Schwingspule 17 ein, welche um einen Schwingspulenträger 18 gewickelt ist. Das obere und in Fig. 1 nicht gezeigte Ende des Schwingspulenträgers 18 ist mit einer Membran (ebenfalls nicht gezeigt) verbunden, welche bei Beaufschlagung der Schwingspule 17 mit niederfrequenten Tonsignalen in Schwingungen versetzt wird.

Die Zentrumsöffnung 19 in der oberen Polscheibe 12 ist in axialer Richtung jeweils mittels eines Kupferringes 20, 21 verlängert, wobei der Innendurchmesser jedes Kupferringes 20, 21 im in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel dem Innendurchmesser der oberen Polscheibe 12 entspricht. Ferner ist Fig. 1 deutlich entnehmbar, daß trotz der Verwendung von Kupfermitteln und ihrer positiven Wirkung auf die Hochtonwiedergabe keine radiale Abstandsänderung zwischen zum Wirkung auf die Hochtonwiedergabe keine radiale Abstandsänderung zwischen zum Joch des Magnetsystems gehörenden Teilen 12, 13 notwendig wird, da diese dem Luftspalt 16 quasi in axialer Richtung nebengeordnet sind.

Wird das Magnetsystem 10 entsprechend Fig. 1 ausgebildet, stellt sich ein Frequenzverlauf ein, der in Fig. 3 ausgezogen dargestellt ist. Im Vergleich zu einem Frequenzlauf eines elektro-akustischen Wandlers, welcher keine Kupfermittel zum Ausschluß der Dämpfungswirkung der Schwingspule 17 aufweist (in Fig. 3 durch einen mit Kreisen versehenen Linienzug dargestellt), wird deutlich, daß eine Höhenanhebung erfolgt und im Tief- und auch Mitteltonbereich so gut wie keine Veränderungen gegeben sind.

Nur der Vollständigkeit halber sie darauf hingewiesen, daß bei einem Magnetsystem 10 gemäß dem Stand der Technik, bei welchem eine Kupferkappe das obere Ende 15 des Polkerns 13 kapselt, bei sonst gleichen Verhältnissen, d. h. bei einem zu Fig. 1 identischen Dauermagneten einen Frequenzverlauf zeigt, der durchgängig um etwa 4 dB gegenüber dem für eine Anordnung gemäß Fig. 1 gültigen Frequenzverlauf abgesenkt ist.

In Fig. 2 ist eine gegenüber in Fig. 1 leicht modifizierte Anordnung gezeigt. Dort sind die Kupfermittel nicht als massive Kupferringe 20, 21 sondern als Spulen 20′, 21′ ausgebildet. Sind die jeweiligen Enden einer jeden Spule 20′, 21′ kurzgeschlossen, werden ähnliche Verhältnisse erzielt, die auch mit Kupferringen 20, 21 gemäß Fig. 1 erzielt werden. Ist jede einzelne Windung einer Spule 20′, 21′ kurzgeschlossen, wird lediglich eine Erhöhung von ca. 2,5 dB oberhalb von 10 kHz erreicht.

Ferner ist Fig. 2 entnehmbar, daß im Polkern 13 eine Nut 22 ausgebildet ist, in welcher ein Kupferreifen 23 eingelegt ist, der mit der übrigen Wandung des auf eine Anordnung gemäß Fig. 2 beschränkt ist, sondern auch in Fig. 1 ausgeführt werden kann, bewirkt, daß die Induktivität der Schwingspule 17 bei der Hochtonwiedergabe weiter reduziert wird.

Abschließend sei darauf hingewiesen, daß geeignete Dauermagnetmaterialien Ferrit oder Neodym sein können und daß die in Fig. 1 gezeigten Kupferringe 20, 21 aus jeweils übereinander angeordneten und gegeneinander isolierten dünnen Kupferscheiben gebildet sein können.

Claims

1. Elektro-akustischer Wandler zur breitbandigen Abstrahlung von Tonsignalen mit einer oberen Polscheibe 12, welche eine rohrförmige Zentrumsöffnung 19 aufweist, und mit aus Kupfer gebildeten Mitteln zur Verminderung der Induktivität einer in der Zentrumsöffnung 19 angeordneten Schwingspule 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß die aus Kupfer gebildeten Mittel 20, 21 kreisringförmig ausgebildet sind,
daß die aus Kupfer gebildeten Mittel 20, 21 axial zur Zentrumsöffnung 19 mit der oberen Polscheibe 12 verbunden sind.

2. Elektro-akustischer Wandler nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zentrumsöffnung 19 einen Innendurchmesser aufweist, der kleiner/gleich dem Innendurchmesser einer im kreisringförmig ausgebildeten Mittel 20, 21 belassenen Öffnungslochs ist, und
daß an jedes Ende der rohrförmigen Zentrumsöffnung 19 ein kreisringförmig ausgebildetes Mittel 20, 21 anschließt.

3. Elektro-akustischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kreisringförmig ausgebildete Mittel jeweils von einer Spule 20′, 21′ gebildet ist, deren jeweilige Enden miteinander kurzgeschlossen sind.

4. Elektro-akustischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kreisringförmig ausgebildete Mittel jeweils von einer Spule 20, 21 gebildet ist, wobei jede Windung einer solchen Spule 20′, 21′ für sich kurzgeschlossen ist.

5. Elektro-akustischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kreisringförmig ausgebildete Mittel jeweils ein massiv ausgebildeter Kreisring 20, 21 ist.

6. Elektro-akustischer Wandler nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polkern 13 vorhanden ist und daß zumindest ein kreisringförmiger Kupferreifen 23 vorgesehen ist, welcher in einer im Polkern 13 ausgebildeten Nut 22 angeordnet ist, wobei der Außendurchmesser des Kupferreifens 23 kleiner/gleich dem Durchmesser des Polkerns 13 ist.