DE2829545B2

DE2829545B2 - Elektroakustischer Wandler

Info

Publication number: DE2829545B2
Application number: DE2829545A
Authority: DE
Inventors: Nobutaka Yokohama Ohnuki (Japan)
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1977-07-06
Filing date: 1978-07-05
Publication date: 1980-06-19
Also published as: JPS5414726A; DE2829545C3; GB2000940B; CA1110752A; FR2397118B1; US4163876A; GB2000940A; DE2829545A1; FR2397118A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektro-akustischen Wandler der im Oberbegriff des Patentanspruchs vorausgesetzten Art. Dabei geht es insbesondere um einen kuppeiförmigen Lautsprecher zum Umwandeln eines Tonfrequenzsignals in ein akustisches Signal.

Es ist erforderlich, daß der Lautsprecher, der mit einem Radioempfänger oder einem Hörfrequenzverstärker verbunden ist und dem ein Hörfrequenzsignal, wie z. B. ein musikalisches Tonsignal, zugeführt wird und der das Hörfrequenzsignal in ein akustisches Signal umwandelt, einen flachen Ausgangsschalldruckpegcl über einen weiten Frequenzbereich und eine weite Richtwirkung aufweist. Der Lautsprecher zeigt die Richtwirkung für ein Signal höherer Frequenz als der einer der Umfangslänge der Membran des Lautsprechers gleichen Wellenlänge entsprechenden Frequenz. Demgemäß hat ein zur Wiedergabe einer hohen Frequenz ausgelegter Lautsprecher eine scharfe Richtwirkung, da der Durchmesser seiner Membran klein ist. Daher wurde ein kuppeiförmiger Lautsprecher zur Wiedergabe von Hochfrequenzanteilen bekannt, bei dem die Membran von Kuppelform ist, um die Richtwir kung auwuweiten (DB-OS 21 66 848),

Der bekannte Kuppelforni-Lautsprccher weist eine kuppeiförmige Membran und einen an der Membran montierten Schwingspulcnkörper mit einer herumgewickelten Spule auf. Die Membran wird von einem Halterungsorgaii getragen, um axial zum Schwingspulenkörper /u schwingen. Der Umfangsteil des llaltcrungsorgans ist zwischen ringförmige Spannscheiben eingefügt und so an einer Abschluöscheibe montiert. Die Schwingspule ist in einen durch Polstücke definierten Luftspalt eingefügt Die Membran schwingt in Abhän-

gigkeit von der Amplitude eines der Schwmgspule zugeführten Niederfrequenzsignals, Das Halterungsorgan ist am unteren Ende der Membran montiert, und das obere Ende des Schwingspulenkörpers ist mit dem unteren Ende der Membran verbunden.

ίο Dabei ragt der Scheitelpunkt der Membran erheblich über die Oberseite der Montageplatte hinaus und bei Montage an einer Gehäusewand entsprechend weit aus der Frontfläche vor. Bei diesem Aufbau enthalten von der Membran abgestrahlte Schallwellen solche, die von einem Kantenteil der Membran abgestrahlt sind, und solche, die von der Scheitelfläche der Membran abgestrahlt sind, und diese Schallwellen ergeben Interferenzen unter Erzeugung unerwünschter Spitzen *der Einbuchtungen auf einer Frequenz/Ausgangsschalldruck-Verhaltenskurve.

Andererseits ist ein Lautsprecher bekannt (DE-OS 26 04 888), dessen Membranbaugruppe außer der flachen oder gewölbten Membran je eine äußere und innere koaxiale Hülse sowie ein sich von der inneren Hülse nach außen zu der Membran aufweitendes Rohrstück in Verbindung mit der Membran aufweist und bei dem der relativ große, kegelförmige Raum zwischen der Membran, der inneren Hülse und dem Rohrstück mit einem geschäumten Kunststoffmaterial

ίο in beträchtlicher Menge gefüllt ist, um zur Eliminierung von Resonanzschwingungen innerhalb der Membranbaugruppc beizutragen. Dadurch wächst jedoch die Masse des Schwingsystems erheblich, so daß der Wirkungsgrad des Lautsprechers sinkt. Auch treten

t"> hierbei im Fall der gewölbten Membran die schon erwähnten nachteiligen Interferenzen auf.

Würde man bei einem Lautsprecher nach der DE-OS 2166 848 zusätzlich geschäumtes Kunststoffmaterial aufgrund der DE-OS 26 04 888, jedoch in Abweichung

4i» von deren Lehre, so anbringen, daß die Frontseite der Membran flach gemacht wird, ragi Jer Scheitelpunkt der Membran immer noch aus der oberen Ebene der Montageplatte hervor, so daß das auf die Vorderseite der Membran aufgebrachte, bis auf Höhe deren

r. Scheitelpunkts reichende aufgeschäumte Kunstharz ebenfalls von der Oberseite der Montageplatte vorragt. Wenn also ein solcher Lautsprecher an einer Gehäusewand montiert wird, ragen der Scheitelpunkt der Membran und dss aufgeschäumte Kunstharz aus der

ίο Vorderseite der Gehäusewand heraus.

Bei einem Wandleraufbau mit einer vorwärts aus der Frontebene der Gehäusewand herausragenden Membran treten, auch wenn die akustische Absirahlflächc der Membran (durch das aufgeschäumte Kunstharz)

Vi eben gemacht ist, die obengenannten Interferenzen mit den daraus folgenden Nachteilen auf.

Würde man dagegen die DE-OS 21 66 848 und die DE-OS 26 04 888 in dem Sinn kombinieren, daß man statt dessen der Montageplatte eine so große Dicke gibt,

Mi daß die akustische Abstrahlfläclie der Membran in der gleichen Ebene wie die Frontfläche der Gehär.ewand liegt, so ergäbe sich eine unerwünschte ringförmige Ausnehmung um die Membran herum. Im einzelnen ist die Membran nach der DK-OS 2166 848 an ihrem

h"> unteren finde mit dem llaltcriingsorgari verbunden und davon gehalten, um dadurch die Schwingung der Membran /u ermöglichen. Demgemäß wäre es erforderlich, aufgeschäumtes Kunstharz an der Frontseite

der Membran anzubringen, um eine ebene Sohallabstrahlfläche an der Membran vorzusehen, Als Ergebnis würde eine ringförmige Ausnehmung oder Nut um die Membran mit einer der Breite des Halterungsorgans entsprechenden Breite erzeugt, so daß die Ausnehmung Resonanzschwingungen und so unerwünschte Spitzen und Einbuchtungen in der Frequenz/Ausgangsschalldruck-Verhaltenskurve verursacht

Um unerwünschte Spitzenwerte oder Einbuchtungen auf der Frequenz-Ausgangsschalldruckpegel-Verhaltenskurve zu vermeiden, ist es erforderlich, einen Lautsprecher derart zu entwerfen, daß die von der Membran abgestrahlten Schallwellen von der gleichen Ebene wie der Oberfläche des Lautsprechergehäuses abgestrahlt werden, so daß die vom Lautsprecher abgestrahlten Schallwellen ebene Wellen darstellen.

Der Erfindung liegt die AufgaLe zugrunde, einen elektro-akustischen Wandler der eingangs vorausgesetzten Art zu entwickeln, der ein Haches Ausgangsschalldruckpegelverhalten über das gesamte wiedergegebene Frequenzband zu zeigen vermag, wobei von der Kuppelform Gebrauch gemacht werden soll, hohe mechanische Festigkeiten der Membran und des Schwingspulenkörpers anzustreben sind und die Masse des Schwingsystems möglichst wenig gesteigert wird, um den Wirkungsgrad des Wandlers praktisch nicht zu beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst

Dadurch, daß der Scheitelpunkt der kuppelförmigen Membran mit dem oberen Rand des Schwingspulenkörpers, der seinerseits bis zur Oberfläche des Lautsprechergehäuses reicht, fluchtet und der Raum zwischen der Innenumfangsfläche des Schwingspulenkörpers und der Außenumfangsfläche der Membran mit dem geschäumten Kunstharz in relativ geringer Menge gefüllt ist, ergibt sich eine Schallabstrahlfläche, die eine ebene Fläche ist und eine Abstrahlung ebener Wellen hiervon mit gutem Wirkungsgrad ermöglicht. Durch das Halterungssystem sind gleichzeitig hohe mechanische Festigkeiten der Membran und des Schwingspulenkörpers gesichert.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert; darin zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels des eleklro-akustischen Wandlers gemäß der Erfindung und

Fi g. 2 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der Frequenz und dem Ausgangsschalldruckpegel des elektro-akustischen Wandlers nach Fig. 1.

Ein Aiisführungsbcispiel des elektro-akustischen Wandlers gemäß der Erfindung soll nun anhand der Zeichnung erläutert werden. Fig. I zeigt ein Ausführungsbeispiel des elektro-akustischen Wandlers gemäß der Erfindung, wo man ein zylindrisches inneres Polstück 1 aus einem magnetischen Material erkennt, das mit einer scheibenförmigen Polplatte 3 einstückig ist. Man erkennt weiter ein scheibenförmiges äußeres Polstück 2 aus einem magnetischen Material, das eine mittige kreisförmige Bohrung aufweist, in die das obere F.nde des inneren Polstücks 1 eingefügt ist. Das innere Polstück I und das äußere Polstück 2 sind konzentrisch zueinander angeordnet, um einen ringförmigen Luftspalt 5 zwischen der Außeniimfangifliiche des inneren Polstücks I und de^r Innemimfangsflüche des äußeren Polstücks 2 zu begrenzen. Kin ringförmiger Magnet 4 ist

ι τ

zwischen dem äußeren Polstück 2 und der Polplatte 3 eingefügt und mit dem äußeren Polstück 2 und der Polplatte 3 durch einen Klebstoff verbunden oder daran durch Bolzen befestigt Das innere Polstück t, aas äußere Polstück 2, die Polplatte 3 und der Magnet 4 bilden einen magnetischen Kreis des elektro-akustischen Wandlers, und magnetische Flüsse vom Magnet 4 werden dem Luftspalt 5 zugeführt und durchsetzen den Luftspalt 5. Ein ringförmiger Rahmen 10 aus einem magnetischen Material oder einem nichtmagnetischen Material, wie z. B. Aluminium, ist an der Oberseite des äußeren Polstücks 2 mittels Bolzen oder Klebstoff befestigt Ein zylindrischer Schwingspulenkörper 6 aus Papier oder Aluminium ist in den Luftspalt 5 eingefügt und das obere Ende des Schwingspulenkörpers 6 reicht bis über das obere Ende des inneren Polstücks 1 bis im wesentlichen zum gleichen Niveau wie dem der Oberseite des Rahmens 10. Eine Schwingspule 11 ist um die Außenumfangsfläche des Schwingspulenkörpers 6 an dessen unterem Ende gewickelt und innerhalb des Luftspalts 5 zur Verkettung mit den Magnetflüssen vom Magnet 4, die den Luftspalt 5 durch i.tzen, angeordnet Ein Halterungsorgan 7 aus einem nachgiebigen (federnden) Material ist mit dem Außenumfang des Schwingspulenkörpers 6 an dessen oberem Ende und außerdem mit der Oberseite des Rahmens 10 derart verbunden, daß der Schwingspulenkörper 6 von dem Halterungsorgan 7 derart gehalten ist, daß der Schwingspulenkörper 6 axial beweglich ist.

Eine kuppeiförmige Membran 8 aus Aluminium oder Papier ist in den Schwingspulenkörrier 6 eingefügt, wobei die Membran 8 so befestigt ist, daß ihr Scheitelpunkt 12 zum oberen Ende des Schwingspulenkörpers 6 ausgerichtet ist. Die Membran 8 ist mit dem Schwingspulenkörper 6 in einer Lage verbunden, in der der Scheitelpunkt 12 der Membran 8 höhenmäßig mit dem oberen Ende des Schwingspulenkörpers 6 übereinstimmt. Der Außenumfangsteil der Membran 8 erstreckt sich vertikal zur Bildung eines Flansches 13, auf den Klebstoff 14 aufgetragen ist, der die Membran 8 sind den Schwingspulenkörper 6 miteinander verbindet. Da die Membran 8 in den Schwingspulenkörper 6 eingeführt ist, wird eine Frontkammer 9, die von der lnnenumfangsoberfläche des Schwingspulenkörpers 6 und der Außenumfangsfläche der Membran 8 umgeben ist, im Schwingspulenkörper 6 gebildet. Aufgeschäumtes Kunstharz 15, wie z. B. Polyurethanschaum, ist in die Frontkammer 9 eingefüllt. Das aufgeschäumte Kunstharz 15 ist mit der Innenumfangsoberfläche des Schwingspuienkörpers 6 und der Außenumfangsoberfläche der Membran 8 durch die Viskosität des Kunstharzes 15 verbunden, oder wenn die Bindung zwischen dem Kunstharz 15 und dem Schwingspulenkörper 6 und der Membran 8 gering ist, kann das Kunstharz 15 damit auch mittels Klebstoffs verbunden sein. Das Kunstharz 15 ist bis zum Niveau des oberen Ende des Schwing pulenkörpcrs 6 durch uen Scheitelpunkt 12 der Membran 8 und das aufgeschäumte Kunstharz 15 ausgefüllt und eingeebnet ist Die Oberseite des aufgeschäumten Kunstharzes 15 befinde' sich auf dem gleichen Niveau wie die Oberseite des Rahmens 10, und die Oberseite cies aufgeschäumten Kunstharzes 15 und der Scheitelpunkt 12 der Membran 8 bilden eine Schallabstrahlebene 16.

Wenn Polyurethanschauni als das in dun Schwingspulenkörpern C eingefüllte Kunstharz 15 verwendet wird, kann das Schwingung.ssysicm des c'ektro-akusti:,chcn Wandlers in der folgenden Weise gefertigt werden.

Zunächst wird der zylindrische Schwingspulenkörper 6 aus Aluminium oder Papier gebildet, die Membran 8 wird durch Formung von Papier oder Aluminium in Kuppelform gefertigt, und die Membran 8 wird in den Schwingspulenkörper 6 eingefügt und damit zur Bildung der Frontkammer 9 am oberen Ende des Schwingspulenkörpers 6 verbunden. Dann werden IOö Teile Tolylendiisocyanat und 90 Feile Polyether in einen Becher eingebracht und bei Raumtemperatur gerührt. Die erhaltene Lösung wird in die Frontkammer 9 des Schwingspulenkörpers 6 gegossen. Die Mischlösung von Tolylendiisocyanat und Polyäther erzeugt bei ihrer Reaktion eine Verbindung mit zyklischer Urethanbindung

—O—C—N

und schäumt durch Gas auf, das während der Reaktion entsteht, um Polyurethan zu bilden. Das Polyurethan wird in angenähert 5 Minuten seit der Vermischung von Tolylendiisocyanat und Polyäther erzeugt, und das Aufschäumen und die Härtung sind innerhalb dieser Zeitdauer vollständig. Wenn die Reaktion und das Aufschäumen der in den Schwingspulenkörper 6 eingegossenen Mischlösung fortschreiten, ragt das erhaltene Erzeugnis aus dem oberen Ende des Schwingspulenkörpers 6 vor. Der vorragende Teil wird abgeschnitten, nachdem die Reaktion abgeschlossen ist und das Erzeugnis erhärtet ist. wobei die Schnittebene in einer Ebene mit der Oberseite des Rahmens 10 liegt, um die Schallabstrahlfläche 16 zu bilden. Der so erzeugte Polyurethanschaum weist bei seinem Herstellprozeß eine Viskosität auf und haftet an der Innenumfangsfläche des Schwingspulenkörpers 6 und der Außenum fangsfläche der Membran 8 durch seine Viskosität.

Daher benötigt rmin in diesem Fall keinen gesonderten Klebstoff.

Da der so hergestellte clektro-akiistische Wandler die ebene Schallabstrahlfläche aufweist, sind die davon abgestrahlten Schallwellen ebene Wellen. Demgemäß ist die Interferenz aufgrund einer Phascnver/ögeriing beseitigt, und die Frcquenz-Ausgangsschallwcllcncharakteristik zeigt einen flachen Verlauf über das gesamte wiedergegebene Frequenzband.

Bei dem in F i g. I dargestellten elektro-akustischen Wandler ist die kuppeiförmige Membran 8 in den Schwingspulenkörper 6 derart eingefügt, daß der Scheitelpunkt 12 der Membran 8 zum oberen F.nde des Schwingspulenkörpers 6 auf einer Höhe ausgerichtet ist. Demgemäß ist das Volumen der Frontkammer 9 gering, und man benötigt nur eine geringe Menge des aufgeschäumten Kunstharzes 15 zum Einfüllen darin. Daher wächst hierdurch die Masse des von dem Schwingspulenkörper 6 und der Membran 8 gebildeten Schwingungssystems nur gering, so daß der Wirkungsgrad des elektro-akustischen Wandlers nicht wesentlich gesenkt wird.

Fig. 2 zeigt die Abhängigkeit des Ausgangsschalldruckpegels von der Frequenz für den in Fig. 1 dargestellten elektro-akustischen Wandler. Bei dem gemessenen elektro-akustischen Wandler hat der aus Aluminium hergestellte Schwingspulenkörper 6 eine Dicke von 50 μιη und einen Durchmesser von 20.5 mm. und die aus Aluminium hergestellte Membran 8 hat eine Dicke von 20 μπι mit einem Radius des kugelförmigen Kuppelteils von 15,1 mm und einem Durchmesser von 19.75 mm. Das Volumen der Fronikammer9 ist 0.61 cm³, worin Polyurethanschaum mit einem Schäumungsfaktor von 30 eingefüllt ist. Ein herkömmlicher kuppelförmigcr elektroakustischer Wandler weist bei etwa 15 kHz eine Einbuchtung in der Frequenzcharakteristikkurve auf. während die in F i g. 2 dargestellte Frequenzcharakteristikkurve keine solche Einbuchtung, sondern einen flachen Ausgangsschalldruckpegel über ein Frequenzband von 1 kHz bis 20 kHz aufweist.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Elektro-akustiscber Wandler mit einem Magnetkreis mit ehern inneren Polstück und einem dazu konzentrisch angeordneten äußeren Polstück unter Bildung eines ringförmigen Luftspalts zwischen den Polstücken, einem in den Luftspalt eingefügten und zur Ermöglichung einer zum inneren Polstück axialen Schwingung gehaltenen Schwingspulenkörper, einer um den Außenumfang des Schwingspulenkörpers gewickelten und in den Luftspalt eingefügten Schwingspule und einer mit dem Schwingspulenkörper mit diesem schwingbar verbundenen Membran, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende des Schwingspulenkörpers (6) bis über das obere Ende des inneren Polstücks (1) bis im wesentlichen zum gleichen Niveau wie dem der Oberseite e'.nes Rahmens (10) reicht, daß ein Halterungsorgan (7) mit dem oberen Ende des Schwingspulenkörpers (6) und der Oberseite des Rahmens ^fO) verbunden ist, daß die Membran (8) kuppeiförmig ausgebildet und in den Schwingspulenkörper (6) unter Ausrichtung des Scheitelpunktes (12) der Membran (8) auf das obere Ende des Schwingspulenkörpers (6) eingefügt und mit dem Schwingspulenkörper (6) in einer Lage verbunden ist, in der der Scheitelpunkt (l?)der Membran (8) mit dem oberen Ende des Schwingspulenkörpers (6) fluchtet, daß eine von der Innenumfangsfläche des Schwingspulenkörpers (6) und der Außenumfangsfläche der Membran (8) umgebene Frontkammer (9) im Schwing^pulenkörper definiert ist und daß aufgeschäumtes Kunstharz (1") in die Frontkammer (9) eingefüllt ist.