DE2829545C3

DE2829545C3 - Elektro-akustischer Wandler

Info

Publication number: DE2829545C3
Application number: DE2829545A
Authority: DE
Inventors: Nobutaka Yokohama Ohnuki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1977-07-06
Filing date: 1978-07-05
Publication date: 1981-04-23
Also published as: CA1110752A; DE2829545A1; JPS5414726A; FR2397118B1; FR2397118A1; US4163876A; GB2000940B; GB2000940A; DE2829545B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen eleklro-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 Ausgangsschalldruckpegel 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 Richtwirkung auszuweiten (DE-OS 21 66 848).

Der bekannte Kuppelform-Lautsprecher weist eine kuppeiförmige Membran und einen an der Membran montierten Schwingspulenkörper mit einer herumgewickelten Spule auf. Die Membran wird von einem Halterungsorgan getragen, um axial zum Schwingspulenkörper zu schwingen. Der Umfangsteil des Halterungsorgans ist zwischen ringförmige Spannscheiben eingefügt und so an einer Abschlußscheibe montiert Die Schwingspule ist in einen durch Polstücke definierten Luftspalt eingefügt. Die Membrau schwing* in Abhängigkeit von der Amplitude eines der Schwingspule zugeführten NiederfrequenzsignaJs. Das Halterungsorgan ist am unteren Ende der Membran montiert, und das obere Ende des Schwingspulenkörpers ist mit dem unteren Ende der Membran verbunden.

to 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 oder 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 in beträchtlicher Menge gefüllt ist, um zur Eliminierung von Resonanzschwingungen innerhalb der Membranbaugruppe beizutragen. Dadurch wächst jedoch die Masse des Schwingsystems erheblich, so daß der Wirkungsgrad des Lautsprechers sinkt. Auch treten hierbei im Fall der gewölbten Membran die schon erwähnten nachteiligen Interferenzen auf.

Würde man bei einem Lautsprecher nach der DE-OS 21 66 848 zusätzlich geschäumtes Kunststoffmaterial aufgrund der DE-OS 26 04 888, jedoch in Abweichung von deren Lehre, so anbringen, daß die Frontseite der Membrrn flach gemacht wird, ragt der 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 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 das aufgeschäumte Kunstharz aus der Vorderseite der Gehäusewand heraus.

Bei einem Wandleraufbau mit einer vorwärts aus der Frontebene der Gehäusewand herausragenden Membran treten, auch wenn die akustische Abstrahlfläche der Membran (durch das aufgeschäumte Kunstharz) 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, daß die akustische Abstrahlfläche der Membran in der gleichen Ebene wie die Frontfläche der Gehäusewand liegt, so ergäbe sich eine unerwünschte ringförmige Ausnehmung um die Membran herum. Im einzelnen ist die Membran nach der DE-OS 21 66 848 an ihrem unteren Ende mit dem Halterungsorgan verbunden und davon gehalten, um dadurch die Schwingung der Membran zu ermöglichen. Demgemäß wäre es erforderlich, aufgeschäumtes Kunstharz an der Frontseite

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

Um unerwünschte Spitzenwerte oder Einbuchtungen auf der Frequenz-Ausgangsschalldruckpegel-Verhaltenskurvf 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 Aufgabe zugrunde, einen elektro-akustischen Wandler der eingangs vorausgesetzten Art zu entwickeln, der ein flaches Ausgangsschalldruckpegelverhalten über das gesa.nte 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 ίο 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

F i g. 1 einen Axialschnitt zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels des elektro-akustischen Wandlers gemäß der Erfindung und

F i g. 2 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der Frequenz und dem Ausgangsschalldruck· pegel des elektro-akustischen Wandlers nach Fig. 1.

Ein Ausführungsbeispiel des elektro-akustischen Wandlers gemäß der Erfindung soll nun anhand der Zeichnung erläutert werden. Fig. 1 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 t>o Polstück 2 aus einem magnetischen Material, das eine mittige kreisförmige Bohn'ni n.ifweist, in die das obere Ende des inneren Polstücks i eingefügt ist. Das innere Polstück 1 und das äußere Polstück 2 sind konzentrisch zueinander angeordnet, um einen ringförmigen Luftspalt 5 zwischen der Außenumfangsfläche des inneren Polstücks 1 und der Innenumfangsfläche des äußeren Polstücks 2 zu begrenzen. Ein ringförmiger Magnet 4 ist 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 i, das außen; 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 Luftspaits 5 zur Verkettung mit den Magnetflüssen vom Magnet 4, die den Luftspalt 5 durchsetzen, 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 Schwingspulenkörper 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 und den Schwingspulenkörper 6 miteinander verbindet. Da die Membran 8 in den Schwingspulenkörper 6 eingeführt ist, wird eine Frontkammer 9, die von der Innenumfangsoberfläche 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 Schwingspulenkörpers 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 Schwingspulenkörpers 6 durch den Scheitelpunkt 12 der Membran 8 und das aufgeschäumte Kunstharz 15 ausgefüllt und eingeebnet ist. Die Oberseite des aufgeschäumten Kunstharzes 15 befindet sich auf dem gleichen Niveau wie die Oberseite des Rahmen;) iO, und die Oberseite des aufgeschäumten Kunstharzes 15 und der Scheitelpunkt 12 der Membran 8 bilden eine Schallabstrahlebene 16.

Wenn Polyurethanschaum als das in den Schwingspulenkörpern 6 eingefüllte Kunstharz 15 verwendet wird, kann das Schwingungssystem des elektro-akustischen 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 100 Teile Tolylendiisocyanat und 90 Teile Polyäther in einen Becher eingebracht und bei Raumtemperatur gerührl. 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 Außenumfangsfläche der Membran 8 durch seine Viskosität. Daher benötigt man in diesem Fall keinen gesonderten Klebstoff.

Da der so hergestellte elektro-akustische Wandler die ebene Schallabstrahlfläche aufweist, sind die davon abgestrahlten Schallwellen ebene Wellen. Demgemäß ist die Interferenz aufgrund einer Phasenverzögerung beseitigt, und die Frequenz-Ausgangsschallwellencharakteristik zeigt einen flachen Verlauf über das gesamte wiedergegebene Frequenzband.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten elektro-akustischen Wandler ist die kuppeiförmige Membran 8 in den Schwingspulenkörper 6 derart eingefügt, daß der Scheitelpunkt 12 der Membran 8 zum oberen Ende des Schwingspulenkörpers 6 auf einer Höhe ausgerichtet ist. Demgemäß ist das Volumen der Frontkammer 9 gering, und man benötigt nur eine ^crin^c MeH¹⁷C des aufgeschäumten Kunstharzes 15 zum Einfüllen darin Daher wächst hierdurch die Masse des von dem Schwingspulenkörper 6jund 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 μΐη und einen Durchmesser von 20,5 mm, und die aus Aluminium hergestellte Membran 8 hat eine Dicke von 20 μίτι mit einem Radius des kugelförmigen Kuppelteils von 15,1 mm und einem Durchmesser von 19,75 mm. Das Volumen der Frontkammer 9 ist 0,61 cm³, worin Polyurethanschaum mit einem Schäumungsfaktor von 30 eingefüllt ist Ein herkömmlicher kuppeiförmiger elektro-akustischer V/andler 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 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Elektro-akustischer Wandler mit einem Magnetkreis mit einem 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 üem der Oberseite eines Rahmens (iO) reicht, daß ein Halterungsorgan (7) mit dem oberen Ende des Schwingspulenkörpers (6) und der Oberseite des Rahmens (10) 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 (12) 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 Schwingspulenkörper definiert ist und daß aufgeschäumtes Kunstharz (15) in die Frontkammer (9) eingefüllt ist.