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Elektroakustischer Wandler
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Die Erfindung betrifft einen elektroakustischen Wandler mit einem
mit einer Membran direkt gekoppelten Magneten und einem feststehenden Spulensatz.
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Derartige Wandler weisen des öfteren Weicheisenteile auf, die außerhalb
der feststehenden Spulen den magnetischen Fluß leiten. Zusammen mit einem gestreckten
Magneten, dessen Länge wesentlich größer als der Durchmesser ist, erreicht man bei
bekannten Anordnungen, daß der magnetische Fluß die Spulen im wesentlichen senkrecht
zur Bewegungsrichtung des Magneten durchsetzt. Diese Anordnungen, zum Beispiel wie
sie in der DE-OS 28 10 459 oder in der GB-PS 469,093 beschrieben sind, kommen nicht
ohne eine Zentrierung beziehungsweise eine Führung des Magneten aus, weil ohne dieselben
der Befestigungsbereich des Magneten mit der Membrane durch große Drehmomente belastet
würde. Diese ergeben sich aus dem großen Abstand des Schwerpunktes des Magneten
von dem Befestigungsbereich innerhalb der Membrane. Dieser Nachteil ist auch Wandlern
zu eigen, die kein Weicheisenteil im feststehenden Spulensatz aufweisen.
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Eine solche Führung ist aufwendig und akustisch nachteilig. Um sie
zu ersparen, könnte man den Magneten in seinem Schwerpunkt mit der Membrane verbinden,
jedoch kann man dann auf einer Seite der Membrane nur einen der beiden Pole des
Magneten mit einer Spule umgeben. So erhält man entweder nur die Wirkung einer Spule,
also einen schlechten Wirkungsgrad oder es ergeben sich komplizierte Anordnungen.
Bei Spulensystemen, die Weicheisenteile enthalten,wird eine einseitige Vorspannung
auf die Membrane durch magnetische Felder hervorgerufen. Hierdurch wird auch die
Obertragungsqualität des Wandlers vermindert.
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In der DE-OS 27 33 580 ist ein Wandler beschrieben, bei welchem ein
Magnet direkt mit der Membrane verbunden ist. Diesem Magneten gegenüber ist eine
eisenlose Spule angeordnet. Obwohl durch einen flachen Magneten die Belastung der
Membrane mit Drehmomenten gering gehalten wird, weist dieser Wandler Nachteile auf,
die sich aus der einseitigen Anordnung der Spule (Fig. 1) in bezug auf den Kraftlinienverlauf
eines solchen flachen Magneten herleiten. Der Wirkungsgrad einer solchen Anordnung
ist außerordentlich gering.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektroakustischen Wandler
mit einem flachen axial bewegten Magneten anzugeben, bei dem beide Pole des Magneten
in einfacher Weise ausgenutzt werden können und trotz Verwendung eines eisenlosen
Spulensatzes und eines flachen, durch die Bauart des Magneten bedingten Feldlinien-Verlaufes
ein hoher Wirkungsgrad erzielt werden kann. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß
durch einen Wandler mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.1Die
Aufgabe wird durch einen flachen Magneten gelöst, dessen Abstand von dem Membrankonus
auch dann gering sein kann, wenn der magnetische Fluß aus beiden Polen in einem
aus zwei Spulen bestehenden Spulensatz genutzt wird. Die Höhe des runden Magneten
beträgt etwa die Hälfte seines Durchmessers, wobei Abweichungen bis zu + 20 % zugelassen
werden können. Hoch koerzitive Magnete mit dieser Höhen- Durchmesserverhältnis ergeben
Kraftlinienfelder in einem besonders günstigen magnetischen Arbeitspunkt. Durch
die flache Bauform rückt der Schwerpunkt des Magneten sehr nahe an die Befestigungsfläche,
an der der Magnet von der Membrane gehalten wird. Dadurch wird das Drehmoment, welches
der Magnet auf den Befestigungsbereich ausübt,sehr gering, Wenn auch solche flachen
Magneten, die axial polarisiert sind, wegen der sich ausbildenden sehr langen Feldlinien
nur in einem bestimmten Feldlinienbereich ausgenutzt werden können, so kann doch
durch eine optimale Spulenanordnung ein guter Wirkungsgrad erzielt werden. Die Anordnung
nach der Erfindung sieht vor, daß der Nordpol beziehungsweise der Südpol des flachen
Magneten jeweils in eine Spule eintaucht.
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Der Außendurchmesser der Spule ist zweckmäßig doppelt so groß wie
der Durchmesser des Magneten. Abweichungen von etwa t 15 % von diesem Sollwert ergeben
noch den Vorteil dieser erfindungsgemäßen Dimensionierung. Um einen besonders guten
Wirkungsgrad zu erzielen werden die beiden Spulen des Spulensatzes in einem Abstand
voneinander angeordnet. Hierdurch wird erreicht, daß kein "totes" Kupfer in einem
Feldlinienbereich des Magneten angeordnet wird, in dem keine EMK induziert wird.
Wird der Abstand der Spulen voneinander etwa der Hälfte der Höhe des Magneten gewählt,
so ergibt sich ein optimaler Wirkungsgrad, wobei Abweichungen bis zu + 20 % zugelassen
werden können.
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Nachfolgend wird ein Wandler nach der Erfindung anhand einer Zeichnung
beispielsweise beschrieben.
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Fig. 1 zeigt die prinzipielle Anordnung der Bauelemente eines Wandlers
nach der Erfindung. Die Fig. 2, 3 u. 4 zeigen zweckmäßige Ausbildungsformen eines
Wandlers. In Fig. 1 sind die Bauelemente in ihrer prinzipiellen Zuordnung mit den
in der Beschreibung beziehungsweise in den Patentansprüchen angegebenen Bezugszeichen
dargestellt.
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In Fig. 2 ist eine Ausführungsform für einen Wandler gezeigt, bei
welchem der Abstand 1 der Spulen 3 u. 4 durch eine Halteplatte 5 gegeben ist. Der
flache Magnet 2 ist unmittelbar an einer Ausprägung der Membran 1, beispielsweise
durch ein Klebemittel befestigt. Der Magnet ist so angeordnet, daß sich jeweils
ein Pol in der jeweiligen Spule 3 oder 4 bewegt.
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Die Spulen 3 und 4 können auch, wie in der Fig. 3 dargestellt, einseitig
auf einer Platte, beispielsweise einer Gehäusefläche befestigt werden.
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Der Abstand der beiden Spulen wird hier durch einen Ring hergestellt.
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Bei einer anderen zweckmäßigen Ausbildungsform eines Wandler nach
der Erfindung kann, wie in Fig. 4 gezeigt ist, der Magnet 2 mit der Membrane 1 über
einen Hals 6 dadurch verbunden werden, daß man den größten Teil des
Magneten
mit dem Membranmaterial umgibt, beispielsweise umprägt. Man kann auch den Magneten
umspritzen und über das Spritzmaterial mit der Membrane verbinden. Dann kann auch
bei rauhestem Betrieb kein Magnetmaterial von den Kanten abbröckeln, auch kann sich
der Magnet nicht von der Membrane lösen.
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Häufig werden Spulen körperlos gewickelt. Die in den Patentansprüchen
angegebenen Abmessungen der Spulen gelten für solche körperlos gewickelten Systeme.
Werden die Spulen nicht körperlos gewickelt, sondern werden sie durch einen Wickelkörper
in Form gehalten, dann gelten die erfindungsgemäßen Abmessungen für die Spulen ohne
den Wickelkörper.
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Wie bereits ausgeführt und in der Fig. 2 gezeigt worden ist, kann
der Abstand zwischen den zwei Spulen 3 und 4 in einfacher Weise durch eine Halteplatte
5 bestimmt werden. Die Spulen werden dann auf beiden Seiten dieser Platte angeklebt.
Die Platte selber wird mit der Membranhalterung oder dem Gehäuse verbunden und kann
einen Teil des Gehäuses darstellen. Die Spulenenden lassen sich bei einer solchen
Anordnung zweckmäßig mit Anschlußpunkten auf der Halteplatte verbinden. Diese kann
auch die Elemente einer elektronischen Schaltung tragen.
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Soll jedoch der Raum hinter der Membrane akustisch abgeschlossen werden,
dann können, wie bereits in Fig. 3 gezeigt worden ist, die körperlos gewickelten
Spulen, deren Windungen thermoplastisch verbacken werden, zum Abstützen des gesamten
Wandlersystems verwendet werden. Die Festigkeit dieses Spulensystems ähnelt der
von Kunststoffen.0Durch die Erfindung wird es ermöglicht, einen Wandler herzustellen,
der in sehr leichter Ausführung mit wenigen Bauelementen und einem sparsamen Einsatz
von Werkstoffen einen hohen Wandlungswirkungsgrad aufweist. Der Wandler ist sowohl
für die Schallwiedergabe als auch für die Schallaufnahme geeignet.
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Bei Wiedergabewandlern werden zweckmäßigerweise die Spulen niederohmig
hergestellt; die Bemessung des Spulensatzes nach Windungszahl und Kupferquerschnitt
kann nach den dem Fachmann bekannten Regeln erfolgen. Wegen der Größe der Spulen
und vor allem wegen deren Anbringung auf einer Halteplatte oder einer Gehäuseoberfläche
ist eine gute Wärmeableitung bei Wiedergabewandlern gewährleistet.