DE1968161U - Vorrichtung fuer die umwandlung elektrischer impulse in schallwellen. - Google Patents

Description

.241964*23. U?

Vorrichtung für die Umwandlung elektrischer Impulse in Schallwellen

Die Erfindung betrifft eine Übertragungsvorrichtung für die Umwandlung elektrischer Impulse in Schallwellen unter Verwendung eines Magnetkernes mit Spule, deren Anschlüsse mit einem Impulsgeber in Verbindung stehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde-, eine Vorrichtung zu schaffen, die unter Verwendung eines Elektromagneten in der Lage ist, eine Membran aus den verschiedensten Materialien, beispielsweise, ein Türblatt, eine Glasscheibe od.dgl. in Schwingungen zu versetzen.

Diese Aufgabe ist mit einer Verrichtung gelöst, die nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß der Magnetkern mit Spule durch elastische Elemente mit mindestens einer Platte zur Befestigung an einem schwingungsfähigen Medium, wie Türblatt, Glasscheibe od.dgl., in Verbindung steht_s wobei die Enden des Magnetkernes mit der Platte einen Luftspalt begrenzen.

Diese Vorrichtung erzeugt keinen Ton aus sich heraus, sondern erzeugt ihn dadurch, daß sie an einen Gegenstand angebracht wird und diesen derart in Schwingungen versetzt, daß der Gegenstand den Ton abgibt. Verschiedene Gegenstandsbeschaffenheit führt dabei auch zu verschiedenen Lautqualitäten» Je dünner und leichter das Material ist, auf dem die Vorrichtung montiert wird, deste größer ist die Ausstrahlung der Töne. Eine Kerntür beispielsweise, überzogen mit 1/8 Zoll Sperrholz, ist leichter zum Ionen zu bringen und braucht auch weniger Kraft als beispielsweise ein Brett ven 3/8 Zoll. Deshalb wird die Tür, die mit Sperrholz überzogen ist, einen wesentlich lauteren Ton von sich geben als das Brett. Die Vorrichtung hat natürlich nicht dieselbe Ton-Wiedergabe wie ein konventioneller Lautsprecher, denn bei einem solchen Lautsprecher ist es nur erforderlich, die leichte Papiermembran in Schwingung zu bringen, während die erfindungsgemäße

Vorrichtung Gegenstände in Schwingungen versetzen soll, die um ein Vielfaches schwerer sind als die Membrane eines Lautsprechers

Die Vorrichtung ist, wie erwähnt, kein Lautsprecher und ihre Punktion entspricht deshalb auch nicht voll der eines Lautsprechers. Es ist im wesentlichen beabsichtigt, tiefere Töne zu erzeugen, die über eine große Fläche ausgestrahlt werden. Die hohen Töne können dadurch erzeugt werden, daß genügend Strom der Vorrich tung zugeführt wird. Um eine gute Tonqualität zu erreichen, muß der Gegenstand, an dem die Vorrichtung angebracht wird, so hergerichtet werden, daß er wie ein konventioneller Lautsprecher arbeit tet. Unter Herrichten wird verstanden, daß die Rückseite des Gegen standes ebenfalls mit in Gang gebracht wird. In den meisten Fällen ist die Rückseite mit inbegriffen, wie bei Türen, Wänden und Möbelstücken. Es ist selbstverständlich, daß das Tonausstrahlungsmaterial, an dem die Vorrichtung befestigt wird, die angestrebte Tonqualität beherrscht»

Die Vorrichtung arbeitet mit fast jedem Material, mit Ausnahme von Beton und Mauerwerke Türen z.B. geben eine hervorragende Ausstrahlung.

Die Vibrationstöne sind eine Tonmischung eines konventionellen Lautsprechers zusammen mit dem Gegenstand, der durch die Vorrichtung betrieben wird,, Dies führt zu einem verplüffenden Toneffekt, Die Raumkonstruktion, wie Wände, Türen, Möbel oder- _anfl_ere Obiekte erzeugt den Hintergrundton für den Ton, der vom konventionellen Lautsprecher ausgeht, und der Zuhörer wird praktisch komplett von Tönen umgeben.

Die Vorrichtung kann beispielsweise auch mit einem Autoradio und der Decke des Autos verbunden werden, so daß das ganze Automobil den Ton ausstrahlt.

Glas und Schaufenster sind ebenfalls als Tonwiedergeber zusammen mit der Vorrichtung geeignet. Zweckmäßig wird dabei ein kleiner Holzblock verwendet, der auf das Glas geleimt wird, auf dem dann die Vorrichtung aufgeschraubt ist.

Eine besonders wertvolle Verwendungsmöglichkeit besteht für Schwerhörige oder Taube, die den Ton, der indirekt von der Vorrichtung erzeugt wird, hören, wenn sie die Vorrichtung ans Ohr

oder an die Schläfe halten.

Weitere Einzelheiten und der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden nachfolgend an Hand einer zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

In dieser Darstellung zeigt

Pig.1 eine geschnittene Seitenansicht der Vorrichtung; Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung;

Pig.3 eine Seitenansicht der Vorrichtung in Verbindung mit einer herkömmlichen konischen Lautsprechermembran;

Fig.4 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer anderen Ausführnngsform;

Pig«5 eine perspektivische Ansicht eines Magnetkernes; Pig.6 eine Draufsicht auf die obere Vorrichtungsscheibeund

Fig.7 eine Draufsicht auf die obere Tragscheibe der Vorrichtung.

Gemäß Fig.1 besteht die Vorrichtung auε einer oberen Tragscheibe 1, und ein E-förmiger Rahmen wird von einer Klammer 2 in Form eines nach unten offenen U getragen, die an der Scheibe 1 befestigt ist. Die Lamellen 3 des ^eicheisenkernes werden in ihrer Lage durch die Klemme 2 gehalten, in der sie durch geeignet Mittel, wie einem Kleber auf Epoxyharzbasis, befertigt sind. Diese Lamellen bilden einen Elektromagneten 4 in Ε-Form mit drei gleichweit voneinander distanzierten Armen bzw» Polen, wobei auf dem mittleren Pol 4' eine Wicklung oder Spule 5 angeordnet ist. .

Diese Spule 5 kann erregt werden, wenn sie mit einer Signal-bzw. Impulsquelle verbunden ist.

Die beiden Weicheisehscheiben 6,7 sind dtxrch vier locken 11 voneinander getrennt gehalten, wobei die Nocken 11 im Bereich des äußeren Randes der Scheibe 6 angeordnet und .mit der Scheibe 7 punktverschweißt sind. Wenn diese beiden Scheiben miteinander verbunden sind, bilden sie eine Doppelmembran 8, die von der Scheibe 1 getragen wird.

Vier Schrauben 9 greifen durch Öffnungen 18 in der Scheibe 1, welche Schrauben parallel zu den Schenkeln des Magneten 4 verlaufen und mit ihren unteren Enden mit vier Schraubenfedern 1o aus Messing in Verbindung stehen, die wiederum selbst mit ihren unteren

in die locken 11 eingreifen und dort befestigt sind» Die vier Schrauben sind gegenüber der Scheibe 1 durch Muttern und Kontermuttern 12 verstellbar angeordnet. Sie dienen zur Einstellung des Spaltes zwischen der Doppelmembran 8 und den Polen des Elektromagneten 4o

Diese Distanz is:t entscheidend für eine optimale Tonwiedergabe, Je dichter die Membran an die Pole herangebracht ist, desto größer ist die Wirksamkeit der Vorrichtung,, Die Grenze ist dabei natürlich der direkte Kontakt zwischen den beteiligten Elementen» Entsprechend sinkt die Wirksamkeit der Vorrichtung ab_s je weiter die genannten Elemente voneinander distanziert werden. Es ist außerordentlich schwierig gewesen, unter Produktionsbedingungen die optimale Distanz einzuhalten» Schon einige looostel eines Zolls einer Herstellungsungenauigkeit führt zu einer falschen Spaltweite ο Die optimale Spaltweite ändert sich auch₅ wenn die Vorrichtung mit unterschiedlichen und zu erregenden Anordnungen gekoppelt wird. Mit Rücksicht darauf sind die Schrauben 9 mit den Muttern 12 vorgesehen worden. Die Schrauben 9 sind steif mit den Federn 1o verbunden, die selbst fest mit der Doppelmembran in Verbindung stehen, die dadurch von der Scheibe 1 getragen und in richtiger Einstellung durch die Muttern 12 gehalten wird. Diese Einstellmöglichkeit vermeidet die Einhaltung genauer Toleranzen bei der Herstellung.

Wenn die Scheibe 7 fest mit einem flächigen Element 13, wie Türe od.dgl., verbunden wird und ein elektrischer Impuls durch die Leitungen 14 in die Spule des Elektromagneten gelangt, so führt dies zu einer Vibration des Elementes 13, das dann einen Schall erzeugt.

Wenn der Elektromagnet 4 durch einen variablen Strom in der Spule erregt wird, so wird der Eern entsprechend variabel magnetisiert, wodurch die Doppelmembran 8 und damit das Element 13 oder die BÄembran 15 an dem bzw. an der die Vorrichtung angebracht ist, in Schwingungen versetzt wird»

Die Messingfedern 1o dienen als elastische Haltemittel für die normale oder betriebslose Stellung der Dop -«elmembran 8, aber auch als Verbindung für die spaltbildenden Teile, Durch das Gewicht der Masse des Magneten 4, der Spule 5 und deren Halterung ist genug Gewicht vorhanden, um diese Teile relativ stabil und frei von Schwingungen zu halten, die im Betrieb über 1oo pro Sekunde liegen.

Die Vorrichtung vibriert mit Schwingungen von über 1oo bis angenähert 4ooo pro Sekunde und erregt damit das Element, auf dem es zur Erzeugung der Schallwellen angebracht ist. Bei Frequenzen unter 1oo bleibt die Masse nicht ruhig, so daß die Vorrichtung bei kleineren Frequenzen weitgehend unwirksam bleibt.

Wenn ein niedrigfrequenter Signalimpuls durch die Spule 5 geht, so hängt der Elektromagnet nicht mehr ruhig, sondern beginnt selbst zu schwingen, während das Element, das den Schall erzeugen soll, ruhig bleibt. Bei relativ niedrigen Frequenzen stößt die ganze Vorrichtung gegen die Doope!membran und das Element, das den Schall erzeugen solle Die Federn 1o sind sehr elastisch und haben einen relativ großen Federweg, Wenn die Federn die Elektromagnetanordnung dann doch zum Halt bringen, wird die Doppelmembran 8 angestoßen und auch das Element, an dem die Vorrichtung angebracht ist, das dann ausgezeichnete tiefe Töne abgibt, verursacht durch die kräftigen f. töße des Elektromagneten

Das zur Schallerzeugung bestimmte Element 13 wird in der Regel nicht auf Frequenzen ansprechen, die angenähert über 4ooo pro Sekunde liegen Zur Vermeidung dieser Gegebenheit ist die zweite Scheibe der Membrananordnung 8 gemäß Fig. 6 zugeordnet worden, die mit der Scheibe 7 an den vier locken 11 zusammengepunktet ist. Diese Hocken 11 halten die obere Scheibe 6 und die untere Scheibe derart auf Distanz, daß die Scheibe 6 unabhängig von der Scheibe 7 schwingen kann.
Bei Frequenzen zwischen 1oo und 4ooo schwingen die beiden Scheiben

6 und 7 gleichförmig, da sie vom Magneten angeregt werden, wenn ein elektrischer Impuls durch die Spule 5 geht. Sie arbeiten ebenfalls zusammen bei Frequenzen, die unter 1oo liegen, wobei die vom Elektromagneten ausgehende Kraft auf das Element 13 übertragen wird.

Wenn der Kraftübertrager bei über 4ooo Schwingungen arbeitet, so sind die Elektromagnetanordnung und das Element 13 auf Grund ihres Gerichtes inaktiv, das sie auf solche hohen Frequenzen nicht ansprechen läßt,, In diesem Moment schwingt nur die obere Scheibe 6 und strahlt die hohen Frequenzen aus, die hörbar sind, selbst wenn der Übertrager gänzlich abgeschlossen ist, weil die untere Scheibe

7 und das Element 13 als Schallübertragungsmedium für diese hohen Frequenzen dienen«

Aus der vorangehenden BeSchreibung geht hervor, daß mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung drei Punktionen erreicht werden, nämlich die Reproduktion mittlerer, niederer und hoher Frequenzen, die allein oder gleichzeitig wiedergegeben verden. Die Vorrichtung arbeitet also sowohl bei niedriger als auch bei hoher Impedanz« Wenn die Vorrichtung bei etwa βοοο arbeitet,, so sind 39 Windungen auf einem 3/8 Zoll E-Rahmenkern erforderliche Die Spulenanschlußdrähte 14 sind direkt mit einem Verstärker und mit B+ verbunden. Die nähere Beschreibung einer solchen Schaltung erübrigt sich, da sie allgemein bekannt ist.

Ein konstanter Gleichstrom fließt durch d.ie Spule 5 und erzeugt ein Magnetfeld um den Kern 4₅ das die Doppelmembran 8 gegen den Elektromagneten zieht und die Federn 1o unter Spannung setzt. Wenn ein Impuls auf den Verstärker gegeben wird, so wird dieser dem normal fließenden Gleichstrom überlagert. Die variierende Intensität des Signalimpulses führt zu einer Punktion des Übertragers wie beschrieben«,

Palis es gewünscht ist, die erfindungsgemäße Vorrichtung in Verbindung mit einem Transformer oder mit einem Transistorverstärker zu betreiben und kein konstanter Gleichstrom zur Verfügung steht, wird es notwendig,, einen Permanentmagneten zu benutzen. Ein Magnetkern gemäß Fig«5 arbeitet in diesem Zusammenhang zufriedenstellend und erlaubt, den Kern entsprechend zu magnetisieren in Abhängigkeit vom elektrischen Signal, das durch die Spule 5 läuft. Der E-fö'rmige Kern gemäß Fig. 5 wurde aus einem nichthomogenen magnetischen Material gebildet_s das aus angenähert 2o% Magneteisen und 8o% Eisenpulver bestand, wobei die Komponenten mit einem Epoxyharz unter Druck und Wärme verbunden wurden. Dieser Kern kann nur teilweise permanent magnetisch gesättigt werden, wobei nur das I.Tagneteisen permanent bis nahe zur Sättigung magnetisierbar ist» Das Eisenpulver dient als magnetischer Weg durch den Kern für das permanent magnetisierte Eisen» Es dient ferner gewissermaßen auch als magnetisierbar Zutat, um die magnetische Sättigung des Kernes zu heben und zu senken, wenn ein elektrisches Signal durch die Spule 5 läuft.

Die Zahl der Wicklungen in der Spule 5 variiert mit der Impedanz der verschiedenen Antriebselemente, mit denen der Übertrager gekoppelt werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung -arbeitet"auch, wenn sie mit einer herkömmlichn Lautsprechermembran 15 gemäß Fig, 3 verbunden ist, und zwar mit keinem anderen Träger als dieser Membran selbst, obgleich zu erwarten ist, daß die schwere Vorrichtung den Membrankonus deformiert oder verzieht, was jedoch nicht der Fall ist, wie Versuche geneigt haben»

Ohne die Federn 1o würde sich eine nicht zufriedenstellende- Baiwiedergabe einstellen, weil bei niedrigen Frequenzen der elektromagnetischen Vorrichtung die Möglichkeit gegeben sein muß, sich ausreichend bewegen zu können, um ein ausreichendes Moment zu erzielen, so daß die Antriebskraft, durch die Federn 1o auf das Scliallwiedergabeelement 13 übertragen v/erden kann. Die erfindungsgeraäße Vorrichtung erlaubt auch die Verarbeitung von Frequenzen über 4ooo durch die Doppelmembrananordnung. Die Ausführungsform gemäß Fig.4 weist nur.eine Scheibe 19 auf. Die Verwendung einer zweiten Spule am Elektomagneten kann benutzt werden, um einen konventionellen dynamischen Hochton-Lautsprecher zu betreiben, wobei die Leitungen 16 und 2o mit Lautsprecher durch ein Aufteilungsfilter oder einen Blockkondensator 21 verbunden werden. Da diese Schaltung bekannt ist, bedarf sie keiner näheren Beschreibung.

Die Schrauben 9 werden so eingestellt, daß sich zwischen dem Elektromagnetpolen und der Scheibe ein Spalt von etwa 1/16 Zoll ergibt. Die Scheiben 6,7 und 19 bestehen aus Weicheisen und haben etwa zwei Zoll Durchmesser.

Der ICern des Elektromagneten 4 ist aus 3/3 Zoll Transformatorblechen gefertigt, die auf 3/8 Zoll Dicke gestapelt und mit einer Spule von 6ooo Wicklungen aus Magneteisen umgeben sind. Die Federn 1o haben 6 Windungen und bestehen aus Federdraht mit o,45 Zoll Durchmesser, wobei der Außendurchmesser 5/16 Zoll und die Höhe 1/2 Zoll beträgt.

Claims (7)

ΡΑ2Ί198Ί*29Α6 a t e η t a η s ρ r r ehe

1. Vorrichtung für die Umwandlung elektrischer Impulse in Schallwellen, bestehend aus einem Magnetkern mit Spule, deren Anschlüsse mit einem Impulsgeber in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet,

daß der Magnetkern mit Spule durch elastische ElementeOo) mit mindestens einer Platte(6,19) zur Befestigung an einem schwingungsfähigen Medium(13), wie Türblatt, Glasscheibe od.dgl. in Verbindung steht, wobei die Enden des Magnetkernes mit der Platte einen Luftspalt begrenzen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Elemente (1o ) der Vorrichtung mit dem Vorrichtungsrahmen einstellbar in Verbindung stehen,

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mit den Polen des Magneten einen Spalt begrenzende Element als Doppelmembran(8) ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer zweiten Wicklung mit Leitungen (16,2o) versehen ist, die mit einem zweiten Lautwiedergabeelement in Verbindung stehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung (2o) ein Kondensator(21) angeordnet ist.

6p Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe(7,19) mit einer Konusmembran(15) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern(17) aus einem nichthomogenen magnetischen Material aus Magneteisen und Eisenpulver besteht.