DE2259815A1 - Elektrodynamisches antriebssystem, insbesondere schallwandler - Google Patents

Description

19 805

A K Gr Akustische u. Kino-Geräte Gesellschaft m.b.H. 1150 Wien, Brunhildengasse T (Österreich)

Elektrodynamisches Antriebsystem, insbesondere Schallwandler

Im Gegensatz zu elektrostatischen Antriebsy'stemen, die insbesondere bei Schallwandlern die gleichmäßige Verteilung der antreibenden Kraft auf die ganze Membranfläche gestatten, wird bei elektrodynamischen Antriebsystemen die antreibende Kraft von der Tauchspule auf eine diskrete ringförmige Membranzone übertragen, von der aus infolge der Steifigkeit der Membran eine mehr oder weniger exakte Bewegung der gesamten Membran erfolgt.

Pur Zwecke der Schallwiedergabe entstehen, besonders im hohen Frequenzbereich, infolge der Masseverteilung und der elastischen Eigenschaften der Membran lineare und nichtlineare Verzerrungen. Insbesondere können Schwingungsvorgänge mit steilen Planken nicht exakt wiedergegeben werden. Bei einer Abart des dynamischen Antriebes, dem Bändchenprinzip, ist infolge der Verwendung des Bändchens als elektrischer leiter und als Membran und durch die sehr geringe Masse des Bändchens eine präzisere Umwandlung der elektrischen in mechanische

30 9 824/0911

Vorgänge zu verzeichnen, doch ist das Prinzip nur bei Mikrophonen praktisch zu verwenden.

Bei den eingangs erwähnten elektrostatischen Antriebsystemen ist infolge der geringen Masse der Membran und der Verteilung der Antriebskräfte eine sehr exakte Umwandlung zu erwarten. In der Praxis wirkt sich dies in einem hörbar besseren Klangeindruck aus, wenngleich selbst bei einem Differentialsystem bei größeren Amplituden und niedrigen Frequenzen störende Klirrerscheinungen auftreten.

Gegenstand der Erfindung ist ein elektrodynamisches Antriebsysten, insbesondere für Schallwandler, das die Vorteile des streng linearen Verhältnisses von Strom zu Kraft mit der gleichmäßig auf die Membranfläche verteilten Krafteinwirkung verbindet.

Im wesentlichen besteht die Erfindung darin, daß eine kegelförmig oder nahezu kegelförmig geformte Membran an einer oder beiden Seiten eine spiralförmige elektrische Leiterbahn besitzt und in einem senkrecht zu ihrer Mantelfläche gerichteten Magnetfeld schwingungsfähig angeordnet ist.

Die Pig. 1 bis 5 dienen der Veranschaulichung der Erfindung. Die
Pig. 4 bis 8 stellen Ausführungsbeispiele dar.

Die kegelförmig geformte Membran 1, z.Bo aus Kunststoff, besitzt auf beiden Seiten die spiralförmig aufgebrachten Leiterbahnen 2 und 5· Der Rand 4 der Membran stützt sich am Auflager 5 ab. Auf einem Magnet 6, der vorzugsweise ein Dauermagnet ist, aber auch ein Elektromagnet sein kann, ist ein kegelförmiger Drehteil 7 aus Eisen od.dgl. magnetisierbarem Material befestigt. Der magnetische Kreis wird durch die Bodenplatte 8, den Mantel 9 und den kegelförmigen Teil 10 geschlossen. Damit

309824/0911

entsteht ein senkrecht zur Membranfläche gerichtetes Magnetfeld im Luftspalt, in dem die Membran 1 frei beweglich angeordnet ist. Aus der Weite des luftSpaltes ergibt sich die mögliche Schwingungsweite der Membran.

Der Vorteil der Anordnung gegenüber den herkömmlichen dynamischen Schallwandlern mit Tauchspule- ergibt sich durch den gleichmäßig auf die ganze Membranfläche verteilten Kraftantrieb. Dabei können die Membran und die Leiterbahnen von sehr geringer Masse sein. Die flächig ausgedehnte Leiterbahn und die parallel dazu in geringem Abstand verlaufenden Bauteile des magnetischen Kreises ergeben eine sehr günstige Wärmeableitung vom Leiter, so daß die thermische Belastbarkeit wesentlich höher liegt, als bei Tauchspulsystemen.

In Pig.2 ist veranschaulicht, wie die Kraftrichtungen verlaufen, die durch das Zusammenwirken des in der Leiterbahn fließenden Stromes und dem Magnetfeld entstehen. Ss bilden sich für die in beiden Richtungen fliessenden Ströme die Kräfte P und P. aus, deren Komponenten P und P.. in der auszunützenden Kraftrichtung verlaufen, während die senkrecht dazu liegenden Komponenten Pj₁ und P, - durch die Steifigkeit der Membranfläehe nicht zur Wirkung kommen. Es bleibt somit die gewünschte Membranbewegung in Richtung der Kegelachse übrig, die der Schallabstrahlung dient.

Die Fig.3 zeigt eine Draufsicht auf die Membran 1, auf der die Leiterbahn 2 spiralig aufgebracht ist. Der Anfang der Leiterbahn ist durch eine Kontaktfläche 11 gestrichelt gekennzeichnet, die jedoch auch um die ganze Randzone H herum geführt sein kann. Wenn, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel, auch auf der Rückseite der Membran eine Leiterbahn angeordnet ist, ist das Ende dieser Leiterbahn zur Kontaktfläche 12 geführt. An der Spitze 13 des Kegels, die abgeflacht sein kann, sind die Leiter-

30982Λ/091 1

bahnen miteinander elektrisch verbunden, so daß die Ströme an einer Seite der Membran spiralig zur Spitze hinauf- und auf der anderen Seite hinunterfließen, wobei die Uhrzeigerrichtung übereinstimmt. In Pig.3 sind die Leiterbahnen 2 der Übersichtlichkeit halber breit gezeichnet, sie können ,-jedoch auch nur Zehntel eines Millimeters betragen, wobei die Zwischenräume 2a viel enger sein können. Dadurch ist es möglich, die elektrische Impedanz des Schallwandlers beliebig zu wählen. Pur die Aufbringung der Leiterbahnen eignen sich alle bekannten Methoden zur Herstellung gedruckter oder photogeätzter Schaltungen, z.B. mittels Chrom-Photomasken, bzw. die Herstellungsverfahren der Mikroelektronik. In einer Ausführung ist zunächst auf der ebenen Kunststoffolie mittels Siebdruck auf beiden Seiten die Spirale aufgedruckt und die aluminiumbewalzte Folie geätzt. Durch die Elastizität der Aluminiumspirale kann die thermoplastische Folie in Kegelform gezogen werden. In einer anderen Methode werden getrennt die Folien aus Kunststoff und aus Metall zur Kegelform gezogen. Die vor dem Ziehen mit Siebdruck,versehene Metallfolie wird nach der Vereinigung mit dem Kunststoff kegel geätzt.

Von praktischen Ausführungs- und Verwendungsbeispielen sind in den Pig. 4 bis 8 einige dargestellt, ohne die Erfindung dadurch einzuschränken.

In Fig.4 ist der Magnet mit 15 bezeichnet. Auf dem Magnet ist der Kegel 16 aus magnetisierbarem, z.B. ferromagnetischem Material z.B. durch Klebung befestigt. Der Magnet 15 ist mittels thermoplastischem Kunststoff umspritzt, so daß sich ein Ring 17 mit Längsrippen 17a am Umfang bildet, der in den Magnettopf 18 eingeschoben wird. Nach Einlegen der ^embran 1 unter Zwischenlage eines Kontaktringes oder einer Kontaktfahne unter den Rand der Membran und Einfügen eines zweiten Kontaktringes auf den

309824/091 1

Rand der Membran sowie eines Druck- und Distanzringes 19, wird der kegelförmige '^eil 20 aus ferromagne ti schein Material in den Magnettopf 18 zügig eingeschoben und mittels Klebstoff oder durch Kerbung befestigt. Die Kontaktringe dienen zur Herstellung des elektrischen Anschlusses an die außen und innen an der Membran geführten Leiterbahnen. Durch Öffnungen 21 im Ring 17 können die elektrischen Anschlüsse 22 an der Rückseite des Wandlers herausgeführt werden. Weiters können im Ring 17 Öffnungen 23 vorgesehen sein, durch -die der Schall von der Rückseite der Membran durch Öffnungen 24 im Boden des Magnettopfes 18 austreten kann.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel (Fig.5) ist ein Magnettopf 25 so geformt, daß er den kegelförmigen Teil 26 und den zylindrischen Mantel 27 des Topfes bildet. Der Vorgang des Einsetzens der Membran erfolgt entsprechend der Konstruktion in folgender Reihenfolge:

Zunächst wird der Distanz- und Druckring 28 in den Topf 25 eingelegt, dann wird die Baueinheit, bestehend aus Magnet 15, Kegel 16 und dem mit dem Magnet fest verbundenen Ring 17, auf dessen oberen Rand der untere Kontaktring, die Membran und der obere Kontaktring aufgelegt wurden, in den Topf 25 eingeschoben. Zum Schluß wird der Magnetboden 29 eingelegt oder eingezogen und fixiert. Beide Konstruktionen der Mg. 4 und 5 zeichnen sich durch Einfachheit und niedrige Herstellungskosten aus. Die Teile des magnetischen Kreises 18, 20 bzw. 25, sind Zieh- und Stanzteile, der Teil 16 ist ein Automatendrehteil. Für die Montage sind keine Schrauben nötig.

Ein Verwendungsbeispiel für den erfindungsgemäßen Wandler zeigt Fig.6. Sie stellt einen Kopfhörer dar. Der Einfachheit halber ist nur ein Hörer im Schnitt gezeichnet. Für einen Doppelkopfhörer sind zwei derartige

309824/0911

Konstruktionen nötig, die mittels Kopfbügel in bekannter Weise ermöglichen, beidohrig zu hören.

Erfindungsgemäß ist der Wandler 30 mit einem Formkörper 31 versehen, der den Schall aus den Öffnungen 32 und 33 in eine Ebene führt. Dieser Formkörper hat den Zweck, den Raum zwischen Membran und dem Gehöreingang möglichst klein zu halten. Der Wandler mit Formkörper ist in eine Hülse 34 eingeschoben, die an der Rückseite des Gehäusedeckels 35 hervorragt. Der Gehäusedeckel 35 weist im Zentrum mehrere Schallöffnungen 36 auf und ist am Rand mittels Schrauben oder Nieten 37 am Gehäuse 38 befestigt. Am Boden des Gehäuses 38 sind Distanzstücke vorhanden, die bewirken, daß der Wandler gegen den Gehäusedeckel gedrückt wird. Für die befestigung des Kopfbügele 41 sind Zapfen 40 vorgesehen, die in bekannter Weise den nötigen Schwenkbereich gewährleisten. Zum Abdichten des Hörers am Ohr ist ein Weichpolster-Ring 42 über den Rand 43 des Gehäuses gezogen. In der Darstellung ist der elektrische Anschluß der Übersichtlichkeit halber weggelassen worden.

Die Fig.7 stellt ein weiteres Anwendungsbeispiel dar. Der Wandler 44 ist so in ein Gehäuse 46 eingesetzt, dessen Ring 47 zum Einhängen am Ohr geeignet ist, daß der auf den konischen Teil des Wandlers 44 aufgebrachte Weichschaumstoffring 45 eine relativ gute Ankopplung der Schallöffnung des Wandlers am Gehöreingang gewährleistet. Damit wird ohne Abdichtung der ganzen Ohrmuschel eine gute Übertragung des Schalles gewährleistet.

In Fig.8 ist der Wandler 44 mit Schaumstoffring 45 an einem Bügel 48 befestigt, der, U-förmig gebogen, dazu dient, die Verbindung zu einem zweiten Wandler herzustellen, so daß es möglich ist, beidohrig zu hören. Sowohl

309824/091 1

im Falle nach Fig.7 als auch nach Fig.8 ist der durch den konstruktiven Aufbau gegebene konische Formteil geeignet, die Ankopplung des Wandlers an den Gehörgang vorzunehmen.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Wandlers ist nicht auf Kopfhörer beschränkt, sondern sowohl auf Lautsprecher als auch auf Mikrophone anwendbar. Unter den Lautsprechern sind besonders Hochtonlautsprecher zu erwähnen, bei Mikrophonen können verschiedene Richtcharakteristiken erzielt werden.

Bei Kopfhörern ist der auf die ganze Membranfjäche verteilte Kraftantrieb gemäß der Erfindung besonders für die Präsenz und Klarheit des Klangbildes verantwortlich.

309824/091 1

Claims (10)

1. Patentansprüche :

   Elektrodynamisches Antriebsystem, insbesondere für Schallwandler, dadurch gekennzeichnet, daß eine kegelförmige oder nahezu kegelförmige Membran (1) an einer oder beiden Seiten eine spiralförmige elektrische Leiterbahn (2) besitzt und in einem senkrecht zu ihrer Mantelfläche gerichteten Magnetfeld schwingungsfähig angeordnet ißt.
2. 2. Elektrodynamisches Antriebsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Leiterbahn (2) nach einem der bekannten Verfahren zur Herstellung gedruckter oder photogeätzter Schaltungen auf der Membran aufgebracht ist.
3. 3. Elektrodynamisches Antriebsystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld durch einen Magnet (6), vorzugsweise einen Dauermagnet, erzeugt wird, auf dessen Stirnfläche ein kegelförmiger oder nahezu kegelförmiger Körper (7) aus ferromagnetischem Material angeordnet ist, zwischen dessen Mantelfläche und einem parallel hiezu verlaufenden, magnetischen Schlußjoch (8-10) sich der magnetische Luftspalt bildet, in welchem sich die frei bewegliche kegelförmige Membran (1) befindet, deren Rand abgestützt ist.
4. 4. Elektrodynamisches Antriebsystem nach den Ansprüchen 1 bis 3f dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Seiten des Membranrandes Kontaktringe oder Kontaktfahnen (11,12,13*14) vorgesehen sind, welche die elektrische Zuleitung zu den Leiterbahnen (2) herstellen.
5. 5. Elektrodynamisches Antriebsystem nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Schlußjoch aus einem Topf (18) und einem in diesen eingeschobenen oder eingezogenen Deckel (20) besteht,

   309824/091 1

   der kegelförmig gewölbt ist und eine oder mehrere Schallöffnungen aufweist,
6. 6. Elektrodynamisches Antriebsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Schlußjoch aus einem Topf (25), dessen Boden (26) kegelförmig gewölbt ist, der eine oder mehrere Schallöffnungen¹ aufweist, und einer Scheibe (29) besteht, die in den Topf eingeschoben oder eingezogen ist.
7. 7. Elektrodynamisches Antriebsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet Zylinderform hat und einen aufgespritzten, thermoplastischen Ring (15) besitzt, der in den Magnettopf (18, 25) eingeschoben ist.
8. 8. Elektrodynamisches Antriebsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Ring Öffnungen, Schlitze oder Rippen aufweist, die der Durchführung von elektrischen Leitungen dienen und den Schalldurchtritt gestalten.
9. 9« Elektrodynamisches Antriebsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem kegelförmigen Schlußjoch (20,26) ein Formkörper (31) angeordnet ist, der Schallöffnungen (32,33) aufweist und bewirkt, daß beim Einbau des Wandlers in ein Kopfhörergehäuse ein größerer Hohlraum zwischen Membran und Gehöreingang vermieden wird.
10. 10. Elektrodynamisches Antriebsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem kegelförmigen Schlußjoch (44) ein Weichschaumstoffkörper (45) angeordnet ist, der ein weiches und akustisch nahezu dichtes Anliegen am Gehöreingang gewährleistet.

    30982A/09 11

    L e e r s e i t e