DE2902708C3

DE2902708C3 - Optisches bewegungsabhängiges Rückkopplungssystem

Info

Publication number: DE2902708C3
Application number: DE2902708A
Authority: DE
Inventors: Tokuhiro Kyoto Mikami
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1978-01-27
Filing date: 1979-01-24
Publication date: 1981-05-21
Also published as: JPS54111327A; GB1568026A; DE2902708A1; FR2415934A1; AT361556B; ATA51079A; DE2902708B2; US4207430A

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrodynamischen Lautsprecher mit einer Membran, die mit einem Magnetsystem mit Hilfe einer Schwingspule zusammenarbeitet, die mit der erwähnten Membran, mit einer Meßoptik, die zwei Elemente, eine Lichtquelle und einen Detektor, enthält, verbunden ist, wobei zumindest eines der erwähnten Elemente mit einem zentralen Teil des Magnetsystems verbunden ist, und wobei der Detektor eine Spannung liefert, die im wesentlichen der Membranbewegung entspricht.

Ein derartiger »optical motional feedback«-Lautsprecher ist aus der FR-PS 22 96 985 bekannt.

Diese Anmeldung beschreibt die Montage der zwei Elemente, der Lichtquelle und des Detektors, auf dem Zentralkern des Magnestsystems mit Hilfe eines komplizierten Aufbaus. Die Schwingspule weist einen Vorsprung mit einer dreieckigen Ausnehmung auf, die sich im Lichtgang zwischen den zwei Elementen befindet. Der Lichtstrahl wird durch die Bewegung der Membran moduliert, welche Bewegung auf die Schwingspule übertragen wird. Das vom Detektor erzeugte Signal kehrt zum Eingang des mit dem Lautsprecher verbundenen Tonfrequenzverstärker nach dem Durchlaufen mehrerer Korrekturnetzwerke zurück.

Da bewegungsabhängige Rückkopplungssysteme nahezu ausschließlich für einen Frequenzbereich unter 500 Hz verwendet werden, kann der Bewegupgsausschlag der Schwingspule bei den tiefen Frequenzen in der Größenordnung von wenigen Millimetern für einen 10-Zoll-Lautsprecher liegen.

Urn diesen großen Bewegungsausschlag optisch beeinflussen zu können, ist im japanischen Gebrauchsmodell, Patentschrift 42-15 110, ein Aufbau beschrieben, in dem die zwei Elemente nebeneinander vor der Membran in einer festen Position angeordnet sind. Die Staubschutzkalotte ist mit einem Spiegel versehen, der den Lichtstrahl von der Lichtquelle zum Detektor so detektiert, daß der Lichtstrahl moduliert wird.

Jedoch hat dieser Aufbau den Nachteil, daß er ein akustisches Hindernis für den zu erzeugenden Ton darstellt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen elektrodynamischen Lautsprecher mit einem einfachen Aufbau von Detektor und Lichtquelle an dem Lautsprecher zu schaffen, wobei die Detektion von großen Bewegungsausschlägen noch linear bleibt und die elektroakustische Umwandlung kaum oder gar nicht von dem Detektor oder der Lichtquelle beeinflußt wird.

Die Aufgabe dieser Erfindung wird dadurch gelöst, daß das andere Element mit der Membran verbunden und das Magnetsystem mit einem Kanal versehen ist, der sich im direkten Gang zwischen den zwei Elementen befindet.

In den zentralen Kern bestehender Lautsprecherarten wird zentrisch ein Kanal eingearbeitet. Wenn die Optikelemente aus einer LED (light emitting Diode) als Lichtquelle und einem Phototransistor als Detektor bestehen, die heutzutage sehr geringe Abmessungen und ein sehr geringes Gewicht besitzen, wird das Gewicht der Membran durch die Befestigung eines der erwähnten Elemente an der Membran kaum beeinflußt.

Das andere Element kann sowohl im als auch unter dem Kanal angeordnet werden.

Außerdem liegen der Erfindung folgende Erkenntnisse zugrunde.

Bekanntlich hat die Lichtstärke als Funktion des Abstands zwischen der Lichtquelle und dem Detektor eine im wesentlichen hyperbolische Form, wobei die Lichtstärke bis zu einem spezifischen Abstand im wesentlichen konstant ist bei geringen Abständen. Eine graphische Darstellung dieser Funktion zeigt zunächst einen im wesentlichen horizontalen Teil, der allmählich in ein Hyperbol übergeht.

Es ist klar ersichtlich, daß der Arbeitspunkt so gewählt werden muß, daß er sich auf einem im wesentlichen flachen Teil der Kurve befindet.

Ein Bewegungsausschlag von wenigen Millimetern, wie bereits erwähnt, wird dabei ein nichtlineares Detektionssignal ergeben.

Zur wesentlichen Verringerung der entstehenden nichtlinearen Verzerrung wird ein Teil des Kanals entsprechend einer geeigneten Ausführungsform nach der Erfindung mit einem optischen Fasermaterial gefüllt.

Mehrere Versuche haben ergeDen, daß bei der Verwendung eines Acrylharzes als Fasermaterial und bei Mattierung der Innenwand des Kanals eine Lichtstärkenkurve erhalten werden kann, die einen su flachen

Teil hat, daß das sich ergebende Detektionssignal eine vernachlässigbare Verzerrung aufweist

Der Kanal kann axial und zentral im zentralen Kern des Magnetsystems angeordnet und mit einem Einsatzstück versehen werden, dessen Ende von der Membran abgewandt ist, welches Einsatzstück aus einem inwendig mattierten Rohr besteht, das zum Teil mit einem optischen Fasermaterial gefüllt und welches Einsatzstück mit einem Phototransistor an der Rückseite ausgerüstet ist, während die LED im zentralen Teil der Membran angeordnet ist

Es ist dabei vorteilhaft, diese Lichtquelle innerhalb der Staubschutzkalotte, mit der die meisten Lautsprecher ausgerüstet sind, im zentralen Teil der Membran anzuordnen.

Es ist klar, da3 außer einem Phototransistor auch andere Halbleiterdetektoren, zum Beispiel Photodioden oder Photowiderstände, verwendet werden können.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch einen Schnitt durch einen Lautsprecher nach der Erfindung, dessen zentraler Kern mit einem Kanal ausgerüstet isi,

F i g. 2 ein detailliertes Diagramm des Einsatzstücks nach der Erfindung,

F i g. 3 die graphische Darstellung der Lichtstärke als einer Funktion des Abstands für den Lautsprecher nach F i g. 1 und 2.

In F i g. 1 ist schematisch ein Schnitt durch einen elektrodynamischen Baßlautsprecher nach der Erfindung dargestellt. Dieser Lautsprecher enthält einen beweglichen Teil, die Membran 1, und einen stationären Teil, das Magnetsystem 2.

Die Membran 1 hat eine Konusform und besteht im wesentlichen aus imprägniertem Papier. Der zentrale Teil der Membran ist mit einer Schwingspule 3 und mit einer Staubschutzkalotte 4 verbunden, wobei diese die Schwingspule vollständig verdeckt. Die Membran 1 ist an einer schemitisch dargestellten Aufhängung 7, im allgemeinen an einem Träger des Konus, der an der anderen Seite mit dem Magnetsystem 2 verbunden ist, mit dem oberen Rand 5 über eine biegsame Gummi-Einspannsicke 6 befestigt.

Die Schwingspule 3 ist mit einer Lautsprecherwicklung 8 versehen, die sich im Ruhezustand symmetrisch im wirksamen Luftspalt 9 des Magnetsystems 2 befindet. Dieser Luftspalt 9 besteht aus einem zentralen Weicheisenkern 10 und der Weicheisen-Oberplatte 11.

Der Kern 10 bildet eine Einheit mit der Weicheisen-Polplatte 12. Zwischen der Oberplatte U und der Polplatte 12 ist ein winkelförmiger Dauermagnet 15 angeordnet. Dieser Dauermagnet ist aus einem oxidkeramischen Werkstoff hergestellt

Ein Magnetsystem mit diesem Aufbau erzeugt ein in radialer Richtung homogenes Magnetfeld im Luftspalt 9, das mit der Lautsprecherwicklung 8 zusammenarbeitet.

Da ein derartiger Lautsprecher Verzerrungen in Form 2. und 3. Harmonischen für Frequenzen unter 500 Hz durch die Trägheit und die Konizität verursacht, welche Verzerrungen bei ansteigender Frequenz größer werden, ist es erwünscht, die Bewegung der Membran mit einem Meßsystem zu überwachen. Dieses Meßsystem liefert eine Spannung, die nach mehreren elektronischen Bearbeitungsstufen in einer negativen Rückkopplungsschaltung zum Eingang des Tonfrequenzverstärkers, mit dem der Lautsprecher verbunden ist, zurückgeführt wird.

Ein derartiges Meßsystem kann beispielsweise aus einem piezoelektrischen Wandler (siehe Funkschau, 1973,18, S. 691... 693) bestehen. Ein Nachteil davon ist daß das Gewicht der Membran durch die Montage des erwähnten Wandlers zusammen mit dem Impedanz wandler wesentlich ansteigt.

Infolge der Miniatordimensionierung der Lichtquellen in Form von LEDen und der dimit zusammenarbeitenden Phototransistoren, die besonders leichtgewichtige Elemente sind, eignet sich ein Optiksystem insbesondere für das erwähnte Meßsystem. Dieses Optiksystem wird entsprechend F i g. 1 in den Lautsprecher eingebaut.

An der Innenseite der Staubschutzkalotte 4 wird eine LED (light emitting diode) als die Lichtquelle 20 zentral montiert. Als Detektor wird ein Phototransistor 21 verwendet, der ebenfalls zentral angeordnet wird. Der Phototransistor 21 wird an der anderen Seite 22 der Oberplatte 12 aufgestellt. Zur Bildung eines Lichtwegs zwischen den zwei Optikelementen wird ein Kanal 23 im Kern 10 vorgesehen.

Dieser Kanal ist an der Innenseite mattiert und mit einem optischen Führungsmaterial 24 aus Acrylharzfasern für einen Teil seiner Länge versehen.

Die Kennlinie Lichtstärke-Abstand der zwei Optikelemente 20 und 21 wird vom optischen Führungsmittel 24 und von der mattierten Wand des Kanals 23 beeinflußt. Es ist also möglich, einen Arbeitspunkt an der gewünschten Stelle in einem linearen Teil der Kennlinie zu erhalten.

Eine derartige Kennlinie ist in F i g. 3 dargestellt, wobei der reaktive Detektorstrom in % vertikal und der Abstand in mm zwischen dem Ende 25 des optischen Führungsmittels 24 und der LED 20 horizontal aufgetragen wird.

Der relative Detektorstrom sei als das Verhältnis des wirklichen Detektorstroms zum erwähnten Strom bei einem Abstand von 0 mm zu verstehen.

Diese Kennlinie weist einen im wesentlichen flachen Teil zwischen 8 und 18 mm auf. Deswegen wird der Arbeitspunkt zwischen 12 und 14 mm angeordnet.

In F i g. 2 ist die optische Führung 24 in Form eines Einsatzstücks dargestellt, das aus einem Stab aus Fasermaterial 25 besteht, der an einem Ende 26 an einer dünnen Glasscheibe 27 befestigt ist

Der Stab 25 befindet sich in einem Messingrohr 28 mit einem Flansch 29. Das erwähnte Rohr 28 ist inwendig mattiert.

Der Stab 25 und das Rohr 28 sind unter Zuhilfenahme eines Kunststoffrings 30 so aneinander befestigt, daß der Stab 25 frei vom Rohr 28 bleibt

Der Phototransistor ist direkt hinter der Glasscheibe 27 angeordnet und diese Anordnung ist in der Figur schematisch dargestellt.

Nachstehende Daten beziehen sich auf einen Lautsprecher, der eine Kennlinie gemäß F i g. 3 aufweist:

Lautsprecher Typ AD 7066

Membrandurchmesser 150 mm

Kerndurchmesser 25 mm

Magnadur-Magnetdurchmesser 90 mm

Schwingspulenhöhe 11 mm

Höhe des Luftspalts 5 mm

Länge der optischen Führung 33 mm

Länge des Rohres 28 mm

Leistung 40 Watt

Hier/υ 2 15IaIl /xiclnnmucn

Claims

Patentansprüche: ·

1. Elektrodynamischer Lautsprecher mit einer Membran, die mit einem Magnetsystem mit Hilfe einer Schwingspule zusammenarbeitet, die mit der erwähnten Membran, mit einer Meßoptik, die zwei Elemente, eine Lichtquelle und einen Detektor, enthält, verbunden ist, wobei zumindest eines der erwähnten Elemente mit einem zentralen Teil des Magnetsystems verbunden ist, und wobei der Detektor eine Spannung liefert, die im wesentlichen der Membranbewegung entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Element (20) mit der Membran (1) verbunden ist und das i-j Magnetsystem (2) mit einem Kanal (23) versehen ist, der sich im direkten Gang zwischen den zwei Elementen (20 und 21) befindet.

2. Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Kanals (23) mit einem optischen Fasermaterial (24) gefüllt ist.

3. Lautsprecher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Fasermaterial (24) im wesentlichen aus einem Acrylharz besteht.

4. Lautsprecher nach einem der vorangehenden ?■> Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand des Kanals (23) mattiert ist.

5. Lautsprecher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (20) eine Licht emittierende Diode (LED) und «1 der Detektor (21) ein Phototransistor ist.

6. Lautsprecher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (23) axial und zentral im zentralen Kern (10) des Magnetsystems (2) angeordnet und mit einem Einsatzstück ausgerüstet r> ist, dessen Ende von der Membran abgekehrt ist, welches Einsatzstück aus einem inwendig mattierten Rohr mit einer teilweisen Füllung mit einem optischen Fasermaterial besteht und an der Rückseite mit einem Phototransistor versehen ist, während die -to LED im zentralen Teil der Membran (ί) angeordnet ist.

7. Lautsprecher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Teil der Membran (1) eine Staubschutzkalotte (4) enthält, an deren 4> Innenseite die LED angebracht ist.