DE2808578B2 - Elektrodynamischer Lautsprecher - Google Patents
Elektrodynamischer LautsprecherInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrodynamischen Lautsprecher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei einem elektrodynamischen Lautsprecher ist die auf das bewegliche System ausgeübte Kraft bekanntlich
der an die Schwingspule angelegten Spannung und einem sogenannten Kraftlinienfaktor proportional und
umgekehrt proportional der Impedanz der Schwingspule. Der Kraftlinienfaktor ist das Produkt aus der
Drahtlänge der Spule und der Flußdichte im Luftspalt des Magnetsystems. Da die Schwingspule sich in dem
Luftspalt bewegt, ergibt sich eine magnetische Dämpfung als Folge des gegeninduzierten Stroms in der
Schwingspule. Die magnetische Dämpfung ist also eine Funktion des Kraftlinienfaktors, der dementsprechend
eine Funktion der Lage der Spule im Magnetfeld ist. Damit sind sowohl die Antriebskraft als auch die
magnetische Dämpfung Größen, die von der Auslenkung des beweglichen Systems abhängen und dasselbe
gilt für die Steifheit der Aufhängung dieses beweglichen Systems.
Demzufolge kommt es bei Kräften höheren Niveaus oft zu Einschwingverzerrungen bei niederen Frequenzen, insbesondere als Folge der bei großen Auslenkungen verringerten magnetischen Dämpfung. Insbesondere Baßreflexsysteme sind solchen Verzerrungen ausgesetzt und zwar wegen der stark verzögerten Auslen
kung der Schwingspule bzw. des Konus wenn Impulsbetrieb herrscht
Aus der US-PS 31 93 627 ist eine Lautsprecheranordnung bekannt, bei der eine zusätzliche Dämpfung
dadurch erreicht wird, daß die Schwingspule auf einen
Spulenkörper aus elektrisch leitendem Material aufgewickelt wird. Der erzielte Effekt ist jedoch von der
Auslenkung unabhängig, womit die Anordnung mit dem obenerwähnten Nachteil behaftet ist der sich aus der
ίο verringerten magnetischen Dämpfung bei großen
Auslenkungen ergibt Darüber hinaus ist aus der DE-OS 21 34 287 ein dynamischer Lautsprecher bekannt, der
eine zusätzliche Spule mit frequenzabhängigem Kurzschluß aufweist Die Aufgabe dieser zusätzlichen Spule
besteht darin, das Frequenzverhalten des Lautsprechers zu modifizieren, sie trägt jedoch nicht zur Beseitigung
der obenerwähnten Nachteile bei.
Aus der FR-PS 8 64 516 ist ein Lautsprecher mit einer Schwingspule bekannt die an jedem Ende einen
Kurzschlußring aufweist Dabei ist die Spule kürzer als der Luftspalt so daß beide Kurzschlußringe in der
normalen Position der Spule in dem Luftspalt angeordnet sind, so daß eine maximale Dämpfung
bewirkt wird. Bei großen Auslenkungen wird die
dämpfende Wirkung jedoch vermindert, weil einer der
Kurzschlußringe sich dann aus dem Luftspalt und somit aus dem magnetischen Feld herausbewe^t Durch die
derartige Anordnung der Kurzschlußringe soll bewirkt werden, daß die verminderte Dämpfung die Zunahme
der Gegenkraft ausgleicht die durch die sich zunehmend auswirkende Federkraft der Aufhängung des
Lautsprechers bewirkt wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgegenüber darin, einen Lautsprecher anzugeben,
bei dem Verzerrungen dadurch vermieden werden, daß die magnetische Dämpfung bei großen Auslenkungen
vergrößert wird.
Diese Aufgabe wird durch einen elektrodynamischen Lautsprecher der eingangs erwähnten Art gelöst der
durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gekennzeichnet ist
Gemäß vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung sind die Kurzschlußringe in Form eines Kupferdrahtes,
dessen Enden zusammengelötet oder zusammenge-
« schweißt sind oder in Form eines einstückigen Aluminiumrings ausgebildet Wenn die Schwingspule
auf einen elektrisch leitenden Spulenkörper aufgewikkelt ist können die Kurzschlußrinße gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung einstückig mit
dem Spulenkörper verbunden sein.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung, die einfach und billig herzustellen ist besteht
darin, daß der Kurzschlußring durch eine Spule gebildet wird, die eine Reihe von elektrisch leitenden Windungen
aufweist und deren Enden kurzgeschlossen sind Eine derartige »Kurzschlußspule« hat den Vorteil, daß sie aus
dem üblichen flexiblen Wicklungsdraht aus elektrisch leitendem Material hergestellt werden kann und daß der
Kurzschluß durch Verlöten oder durch eine andere Art
von Verbindung der Drahtenden hergestellt werden
kann, ohne daß exakte Herstell- und Anpassungsmaßnahmen erforderlich sind, wie dies bei der Verwendung
eines massiven Rings der Fall ist. Eine ganz besonders einfache Ausführungsform ergibt sich dann, wenn der
Kurzschlußring durch eine Reihe von kurzgeschlossenen Wicklungen der Schwingspule an wenigstens einem
ihrer Enden gebildet wird.
Nachstehend wird die Erfindung an Hand einer Reihe
von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 den schematischen Querschnitt durch die eine Hälfte eines erfindungsgemäß ausgestatteten elektrodynamischen Lautsprechers,
F i g. 2 das elektromechanische Ersatzschaltbild eines
elektrodynamischen in einem geschlossenen Lautsprechergehäuse angeordneten Lautsprechers,
F i g. 3 und 4 Diagramme, die die Abhängigkeit der Flußdichteverteilung im Luftspalt des Magnetsystems
und des Kraftlinienfaktors von der Lage der Schwingspule im Magnetfeld wiedergibt,
F i g. 5 eine Kurzschlußspule mit zusammengelöteten Enden,
F i g. 6 eine Kurzschlußspule, deren Enden mit einem elektrisch leitenden Spulenkörper verbunden sind,
F i g. 7 eine Kurzschlußspule, die aus mehreren Lagen eines aufgewickelten flachen Metallstreifens
besteht
Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 ist in schematischer Darstellungsweise die eine Hälfte eines
Lautsprechers gezeigt, der einen kegelstumpfförmigen
Korb 1 aufweist, an dessen Unterteil eine Permanentmagneteinheit befestigt ist, die aus einem ringförmigen
Magneten 2 besteht, an dessen Enden z. B. durch Kleben
eine obere Platte 3 und eine untere Platte 4 befestigt sind, die beide aus einer geeigneten Stahllegierung
bestehen. Die untere Platte 4 ist mit einer mittigen öffnung versehen, in die ein Polstück 5 eingeführt und
dort befestigt ist Das Polstück 5 ist zylindrisch ausgebildet, so daß ein ringförmiger Luftspalt zwischen
dqr oberen Platte 3 und diesem Polstück entsteht Das eine Ende eines rohrförmigen und in diesem Falle
zylindrischen Schwingspulenkörpers 6 ragt in diesen Luftspalt hinein. Das andere Ende des Schwingspulenkörpers ist an der kegelstumpfförmigen Membran bzw.
Konus 7 befestigt, der seinerseits elastisch im Lautsprecherkorb I aufgehängt ist Zu der Aufhängung trägt eine
flexible, ringförmige Zentrierscheibe 8 bei, die mit ihrer Innenkante am Lautsprecherkorb befestigt ist
Die Membran ist außerdem an ihrem äußeren Ende mit dem Lautsprecherkorb verbunden, z. B. mit Hilfe
eines elastischen Körpers 9 oder eines Ansatzes an dem Konus. Auf Grund dieser Aufhängung kann der
Schwingspulenkörper sich innerhalb des Luftspalts in beiden Richtungen des Pfeils Xbewegen. Wie außerdem
dargestellt, ist die Membran an ihrem inneren Ende mit einer Staubabdeckung 10 versehen. An der Außenseite
des Schwingspulenkörpers 6 und zwar auf dessen
unterem Teil entsprechend der Ausrichtung gemäß F i g. 1 ist eine Schwingspule 11 angebracht, die eine
geeignete Anzahl von Windungen aufweist Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist an jedem Ende der
Schwingspule ein Kurzschlußring 12 bzw. 13 angeoiunet, dessen Aufgabe es ist die magnetische Dämpfung
bei großen Auslenkungen der Schwingspule zu vergrößern. Die Kurzschlußringe bestehen aus elektrisch gut
leitendem Material und können beispielsweise ein Ring aus an den aneinandergrenzenden Enden zusammengelötetem Kupferdraht sein und beispielsweise mit dem
Schwingspulenkörper verklebt sein. Kurzschlußringe einer alternativen Ausführungsform können als gefräste
Aluminiumringe ausgebildet sein, die ebenfalls mit dem Schwingspulenkörper verklebt sind. Der Schwingspuienkörper kann zweckmäßigerweise auch aus Aluminium hergestellt sein, in welchem Falle die Kurzschlußringe einstückig mit ihm verbunden sind. Wenn einer der
Kurzschlußringe durch die Bewegung der Schwingspule
mehr oder weniger in das Magnetfeld im Luftspalt
hineinbewegt wird, verursacht er eine beträchtliche, gegenüber bekannten Systemen vergrößerte magnetische Dämpfung.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist an jedem Ende der Schwingspule ein Kurzschlußring
angeordnet Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, nur an einem Ende der Schwingspule einen Kurzschlußring
vorzusehen. Kurzschlußringe können entweder direkt ίο an den Enden der Schwingspule oder aber unter
Einhaltung eines Abstandes angeordnet sein.
Die Anschlußdrähte der Schwingspule sind in üblicher (nicht dargestellter) Weise der Spule entlang und durch
geeignete Löcher in der Membran geführt und is schließlich mit Anschlußelementen am Lautsprecherkorb verbunden. Der obere Kurzschlußring hat in
diesem Fall geeignete Durchführungsöffnungen für die Anschlußdrähte aufzuweisen.
In den Fig.5 bis 7 sind Ausführungsbeispiele
dargestellt bei denen der Kurzschlußring die Form einer Spule hat deren Wicklung an den Endpunkten
kurzgeschlossen ist In diesen Figuren sind die Kurzschlußspulen mit 21,22 und 23 bezeichnet In allen
drei Figuren ist die Schwingspule mit 24 und der Schwingspulenkörper mit 25 bezeichnet Bei dem
Ausführungsbeispiel gemäß Fig.5 besteht die Kurzschlußspule 21 aus relativ dünnem Draht 26, dessen
Enden bei 27 miteinander verlötet sind. Ein möglicher Übergangswiderstand an der Verbindungsstelle ist dann
relativ klein im Verhältnis zum Gesamtwiderstand der Spule.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 6 besteht die Spule ebenfalls aus relativ dünnem Draht 28, ein
Kurzschluß ist hier jedoch dadurch erreicht, daß die Drahtenden, beispielsweise durch Löten bei 29 und 30
mit dem Schwingspulenkörper verbunden sind. In diesem Falle besteht der Schwingspulenkörper aus
elektrisch leitendem Material.
Die Kurzschlußspule kann auch aus dünngewalzten, rechteckigen Schichten 31 elektrisch leitenden Materials bestehen, wie dies in F i g. 7 gezeigt ist. Das Ende
der äußersten Schicht ist hier durch eine Lötverbindung 32 mit dem elektrisch leitenden Schwingspulenkörper
25 verbunden. Ein zufälliger oder beabsichtigter Kurzschluß zwischen den einzelnen Lagen beeinflußt
die Wirkung der Kurzschlußwicklung nicht.
Wie vorstehend angedeutet, kann eine Kurzschlußwicklung bzw. können Kurzschlußwicklungen auch in
einfacher Weise dadurch erzeugt werden, daß eine Anzahl von Windungen der Schwingspule an einem
oder an beiden der Enden kurzgeschlossen werden. Nimmt man beispielsweise eine zweilagig gewickelte
Schwingspule an, so kann eine Kurzschlußwicklung dadurch erzeugt werden, daß die Isolation auf den
Windungen der äußersten Schicht ausgehend von dem betreffenden Spulenende über eine bestimmte Strecke
(z. B. 2-3 mm) entfernt wird und daß die betreffenden Windungen dann in dem Bereich der fehlenden Isolation
miteinander verlötet oder in anderer Wei&e elektrisch miteinander verbunden werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist demnach die Kurzschlußwicklung mit
der Schwingspule selbst elektrisch verbunden, es ist jedoch auch möglich, eine Trennung von der Schwingspule vorzunehmen, wie dies bei den Ausführungsbeispielen gemäß den F i g. 5 - 7 der Fall ist.
Nachfolgend wird die Wirkung der erfindungsgemäßen Anordnung an Hand einiger Rechenbeispiele
demonstriert. Es wird hierbei auf das Ersatzschaltbild
gemäß F i g. 2 Bezug genommen, wobei folgende Zuordnungen angenommen sind:
R] entspricht dem durch die magnetische Dämpfung
bedingten mechanischen Widerstand.
L] entspricht der Masse des beweglichen Systems.
C] entspricht dem Kehrwert der Steifheit (Federungswiderstand)
der Aufhängung.
Ri entspricht dem mechanischen Widerstand der Aufhängung.
Ci entspricht dem Federungswiderstand der im
Lautsprechergehäuse eingeschlossenen Luft.
Rj entspricht dem mechanischen Widerstand im
abgeschlossenen Volumen (Absorption).
Zi entspricht dem gegebenenfalls vorhandenen Luftauslaß
aus dem Lautsprechergehäuse.
F entspricht der auf das bewegliche System einwirkenden Kraft.
Der mechanische Widerstand auf Grund der magnetisehen
Dämpfung ist durch die Gleichung
Ein Kurzschlußring aus Kupfer von 0,9 mm Durchmesser wurde an jedem Ende einer Schwingspule
angebracht, deren Länge 14 mm und deren Durchmesser 39 mm betrug. Die Höhe des Luftspaltes (in
x-Richtung) betrug 6 mm. Die Länge der Kurzschlußringe betrug /= 0,12 mm und deren Widerstand
R = 0,00324 Ohm. Der zusätzliche Widerstand ist dann (Bl)21R, wobei B die Flußdichte in der augenblicklichen
Ringstellung ist. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben.
Ns/m,
25
worin mit Blder vorstehend erwähnte Kraftlinienfaktor
und mit R der elektrische Widerstand der Schwingspule bezeichnet ist.
Gewöhnlich gilt R] > R2 + R3. Darüber hinaus ist die
Kraft F gegeben durch
worin e die angelegte Spannung ist.
Wie vorstehend erwähnt, ist der Kraftiinienfaktor Bl
eine Funktion der Lage der Schwingspule im Magnetfeld im Luftspalt. In den Fig.3 und 4 sind typische
Beispiele für die Verteilung der Kraftflußdichte B (in
WbIm.2) und die Abhängigkeit des Kraftlinienfaktors Bl
(in Wb /m) als eine Funktion der Spulenauslenkung im Luftspalt dargestellt.
Lage | Mechanischer | Zusätzlicher | Gesamt |
Widerstand | durch die Ringe | wider | |
ohne Ringe | bedingter | stand | |
Widerstand | |||
(Ns/m) | (Ns/m) | (Ns/m) | |
0 | 22,4 | 0,2 | 22,6 |
± 2 | 20,1 | 0,3 | 20,4 |
± 4 | 16,7 | 0,6 | 17,3 |
± 6 | 12,0 | 2,5 | 14,5 |
± 8 | 6,0 | 2,6 | 8,6 |
±10 | 2,2 | 1,9 | 4,1 |
Aus Aluminium bestehende Kurzschlußringe mit einem Querschnitt von 2 mm χ 0,7 mm werden bei
einem 8" -Konus auf einem Spulenkörper aus Aluminium jeweils am Ende einer Schwingspule von
12 mm Länge und 39 mm Durchmesser angebracht Die Höhe des Luftspalts betrug 6 mm.
Mit den angegebenen Werten beträgt der Widerstand des Ringes /?=0,0024 Ohm und der durch die magnetische
Dämpfung bedingte mechanische Widerstand den Wert (BI)2IR=Ga B2. Der mechanische Widerstand
(Ns/m) als Funktion der Lage der Schwingspule läßt sich in der nachfolgenden Tabelle darstellen:
Lage | 0 | Durch die | Durch den | Summe | Durch die | Summe |
mm | ± 2 | Schwingspule | Spulenkörper | 0 + 2) | Ringe | l) + 2) + 3) |
± 4 | bedingter | bedingter | bedingter | |||
± 6 | mechanischer | mechanischer | mechanischer | |||
± 8 | Widerstand | Widerstand | Widerstand | |||
±10 | 9,1 | 1,0 | 10,1 | 0,1 | 10,2 | |
8,6 | 1,0 | 9,6 | 0,25 | 9,9 | ||
6,2 | 1,0 | 7a | 3,0 | 10,2 | ||
3,2 | 1,0 | *a | 5,0 | sä | ||
1,1 | 1,0 | 2,1 | 5,0 | 7,1 | ||
0,2 | 1,0 | 5,0 | 6a |
Aus Spalte 4 der obigen Tabelle (Summe 1) +2)) ersieht man den mechanischen Gesamtwiderstand eines
konventionellen Lautsprechers, wogegen in Spalte 6 (Summe 1) +2) +3)) der mechanische Gesamtwiderstand
eines Lautsprechers dargestellt ist, 4er in
erfindungsgemäßer Weise ausgestattet ist Ein Vergleich ergibt, daß durch die Erfindung ein zusätzlicher
durch die magnetische Dämpfung bedingter Widerstand erzielt wird, der einen wesentlichen günstigen Einfluß
auf die Flankenwiedergabe, insbesondere von Baßreflexsystemen hat, so daß sich eine Verringerung von
Niederfrequenzverzerrungen erzielen läßt Schließlich wird aufgezeigt, daß eine Kurzschlußspule
entsprechend den obenstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen zum selben Effekt wie ein einstückiger
Kurzschlußring führt Es wird zunächst ein Ring mit der Länge / und einer Querschnittsfläche A angenommen,
der aus Material mit der Leitfähigkeit σ besteht Wie obenstehend angegeben, läßt sich der äquivalente
mechanische Widerstand R\ angeben als
B2I2
wobei mit B die Flußdichte im Luftspalt des permanenten Magneten und mit R der ohmische
Widerstand der Schwingspule bezeichnet ist. Wenn man die Leitfähigkeit mit S bezeichnet, erhält man
Ä, = B1I1S = B1I1
= B1IAa
Wenn man sich den Kurzschlußring als kurzgeschlossene Wicklung vorstellt, die η in Reihe geschaltete
Windungen aufweist, ist die Drahtfläche A/n und die
Gesamtlänge des Drahtes / · n, so daß der äquivalente mechanische Widerstand den Wert
= B2
σ = B1IAa
ά. h. den selben Wert wie beim einstückigen Ring hat. Es
kann also der einstückige Ring auch in verschiedene in Reihe miteinander geschaltete Ringe aufgeteilt sein,
ohne daß sich an dem angestrebten Effekt etwas ändert.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Elektrodynamischer Lautsprecher mit einer an einer Membran befestigten und elastisch aufgehängten, im Luftspalt eines Magnetsystems von einer
Neutralstellung aus in zwei entgegengesetzte Richtungen schwingfähigen Schwingspule, die an
wenigstens einem Ende einen Kurzschlußring trägt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußring (12, 13, 21, 23) bezüglich des Mittelbereichs der Schwingspule (11, 24) so angeordnet ist,
daß er sich außerhalb des Luftspalts des Magnetsystems (2,3,4,5) befindet, wenn die Schwingspule (11)
ihre Neutralstellung einnimmt
2. Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußring (12,13) aus
Kupferdraht oder Draht eines, anderen elektrisch leitfähigen Materials besteht, dessen benachbarte
Enden miteinander verbunden sind.
3. Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußring (11,12) als
einstückiger Ring aus Aluminium oder einem anderen elektrisch leitenden Material ausgebildet ist
4. Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußring aus einer
Spule (21) besteht, die eine Reihe von Windungen (26, 28, 31) aus elektrisch leitendem Material
aufweist, deren Enden kurzgeschlossen sind.
5. Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußwicklung (23)
aus mehreren Lagen eines aufgewickelten dünngewalzten Metallbandes (31) besteht
6. Lautsprecher nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußring aus einer
Anzahl von kurzgeschlossenen Windungen der Schwingspule (11) an deren Enden besteht
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