DE3147169A1

DE3147169A1 - Dynamischer lautsprecher

Info

Publication number: DE3147169A1
Application number: DE19813147169
Authority: DE
Inventors: Sinichiro Yokohama Kawamura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1980-11-28
Filing date: 1981-11-27
Publication date: 1982-07-08
Also published as: DE3147169C2; JPS5791098A; US4438297A

Description

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HITACHI, LTD., Tokyo, Japan

Dynamischer Lautsprecher

Die Erfindung bezieht sich auf einen dynamischen Lautsprecher, in dem eine einzelne Membran durch doppelte oder vielfache ringförmige Schwingspulen gesteuert wird.

Ein Lautsprecher zum Umwandeln eines elektrischen Signals des Tonfrequenzbandes in ein Tonsignal soll eine flache Ausgangsschalldruckcharakteristik über ein weites Frequenzband aufweisen. Herkömmliche Lautsprecher haben eine hauptsächlich aus Papier oder einem Metall, wie z. B. Aluminium, bestehende Membran, die zu einer konischen Gestalt geformt ist. Eine solche Membran hat eine konisch vertiefte Schallreflexionsoberfläche, die Anstiege und Abfälle der ..usgangsschalldruckcharakteristik verursacht, wodurch es unmöglich gemacht wird, eine flache Aus-

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gangsschaldruckcharakterlstlk zu erzeugen. Um einen Aufbau einer flachen Schallreflexionsoberfläche zu erzielen, wurde ein Lautsprecher mit einer kreisförmigen flachen Membran vorgeschlagen.

Ein solcher Lautsprecher verwendet eine Membran, die aus einer aufgeschäumten Kunstharzscheibe einer Honigwabenmetallscheibe hergestellt ist, die zu beiden Seiten mit einer Aluminiumfolie bedeckt ist. Dieser Lautsprecher hat eine flache Frontseite, die von äußeren Anstiegen und Abfällen frei ist, so daß man eine flache Ausgangsschalldruckcharakteristik erreicht. Auch ist es, wenn dieser; Lautsprecher an einer Schallwand montiert wird, möglich, die Frontseite der Membran in der gleichen Ebene wie die Frontseite der Schallwand anzuordnen, wodurch ermöglicht wird, den größten Effekt der Schallwand zu nutzen.

Wenn diese flache Membran für freie Schwingungen hin- und herbewegt wird, ist die Membran jedoch einer aufgeteilten (split) Schwingung im Hochfrequenzbereich unterworfen, so daß die Ausgangsschalldruckcharakteristik ungünstig beeinflußt wird. Insbesondere ist die Membran, wenn sie mit Resonanzfrequenz schwingt, einer aufgeteilten Schwingung in Resonanz mit der besonderen Frequenz unterworfen, so daß ein Teil der Membran vertikal schwingt, während ihr anderer Teil schwingungslos bleibt. Diese aufgeteilte Schwingung tritt auch bei der Frequenz zweiter, dritter, vierter,., n-ter Potenz der Resonanzfrequenz mit dem Ergebnis auf, daß einerseits viele Anstiege und Abfälle im

Hochfrequenzbereich der Ausgangsschalldruckcharakteristik auftreten und andererseits die primäre aufgeteilte Schwingung in einem niedrigeren Frequenzbereich als dem der konischen Membran auftritt.

Die aufgeteilte Schwingung der flachen Membran läßt sich verhindern, indem man den Teil der Membran, der völlig ohne Schwingungen bleibt, oder deren Knotenpunkte mittels einer Schwingspule steuert bzw. antreibt. Wenn eine kreisförmige Membran einer aufgeteilten Schwingung ausgesetzt wird, nimmt der Knoten, wo die Amplitude der Membran Null ist, eine Kreisform an. Wenn dieser Knotenkreis durch eine Schwingspule mit dem gleichen Durchmesser wie dem des Knotenkreises gesteuert wird, läßt sich daher die aufgeteilte Schwingung verhindern. Durch Steuern der tertiären Art des Knotenkreises lassen sich beispielsweise die primären und sekundären sowie die tertiären aufgeteilten Schwingungen verhindern. Dabei sind jedoch, da drei Knotenkreise gesteuert werden, drei Schwingspulen erforderlich. Angesichts der oben erwähnten Tatsache, daß sich die aufgeteilte Schwingung bestimmter Arten durch Steuerung eines Knotenkreises verhindern läßt, ist es erwünscht, einen Knotenkreis möglichst hoher Potenzart zu steuern.

In dieser Weise benötigt ein Lautsprecher, in dem eine Vielzahl von Knotenkreisen gesteuert wird, so viele Schwingspulen wie die gesteuerten Knoten-

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kreise,so daß der Magnetkreis zur Steuerung der Schwingspulen kompliziert wird. Ein Magnetkreis zur Steuerung eines solchen Lautsprechers ist beispielsweise in der JP-GM-OS 52 235/76 und der JP-GM-OS 52 243/76 beschrieben. Dieser Lautsprecher weist eine Mehrzahl von Magneten auf, die senkrecht zur Schwingungsrichtung der Schwingspulen und auch senkrecht zur Länge der Schwingspulenleiter angeordnet sind. Ein anderes Beispiel des Lautsprechers dieser Art ist in der JP-GM-OS 163 120/78 und der JP-GM-OS 163 121/78 beschrieben, in welchem durch Verwendung eines einzelnen Magnets von diesem erzeugte Magnetflüsse nacheinander durch eine Mehrzahl von Spalten geleitet werden.

Im ersteren können jedoch die Magnetpole mit magnetischer Energie nur von einem Magnet einer Abmessung gespeist werden, die in einen dem Spalt

entsprechenden Raum zwischen angrenzenden Schwingspulen/hineinpaßt, so daß die Stärke der magnetischen Energie durch diesen . Raum begrenzt ist. Außerdem müssen die Magnete in der Richtung magnetisiert werden, die sowohl zur Schwingungsrichtung der Schwingspulen als auch zur Länge des Schwingspulenleiters senkrecht ist, was ungünstiger ist, als wenn die Magnete längs der Schwingungsrichtung der Schwingspulen magnetisiert werden.

Im letzteren Fall, in welchem ein einzelner Magnet verwendet wird, lassen sich andererseits die

Fläche und die Länge des Magnets frei wählen. Trotzdem wird die Gesamtzahl der durch die Spalte strömenden Magnetflüsse gleichmäßig gemacht, wenn die magnetischen Streuflüsse unberücksichtigt bleiben, und daher ist es unmöglich, die Magnetflüsse auf jeden Spalt in einer Weise zu verteilen, die zur Verringerung der aufgeteilten Schwingung oder zur Beseitigung einer besonderen Art von Schwingungen geeignet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen dynamischen Lautsprecher zu entwickeln, bei dem einerseits die Fläche und die Länge des Magnets frei gewählt werden können und andererseits die Magnetflüsse auf die Magnetspalte frei verteilt werden können.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist ein dynamischer Lautsprecher, gekennzeichnet durch einen ersten, zweiten und dritten Magnetpol, die in wenigstens drei Schichten unter Abständen zueinander angeordnet sind, einen ersten, zwischen dem ersten und zweiten Magnetpol angeordneten Magnet, einen zweiten, zwischen dem zweiten und dritten Magnetpol angeordneten Magnet, einen zwischen der magnetischen Bahn des ersten Magnetpols und der magnetischen Bahn des dritten Magnetpols eingefügten vierten Magnetpol zur Bildung eines ersten und eines zweiten Luftspalts mit der zugehörigen magnetischen Bahn, eine erste, in den ersten Luftspalt eingesetzte Schwingspule, eine

zweite, in den zweiten Luftspalt eingesetzte Schwingspule und eine mit der ersten und zweiten Schwingspule gekoppelte und durch die erste und zweite Schwingspule gesteuerte Membran.

Vorteilhaft sind der erste und der zweite Magnet in der gleichen Richtung magnetisierbar, die die gleiche wie die Schwingungsrichtung der ersten und zweiten Schwingspule ist.

Zweckmäßig dienen die erste und die zweite Schwingspule zur Steuerung der Knoten der aufgeteilten Schwingung der Membran.

Nach einer besonderen Ausgestaltung ist dabei die Membran flach und kreisförmig, und die erste und die zweite Schwingspule dienen zur Steuerung der Knotenkreise der aufgeteilten Schwingung der Membran.

Die Erfindung wird anhand eines in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wo ein erfindungsgemäßer dynamischer Lautsprecher im Schnitt dargestellt ist.

Man erkennt in der Zeichnung einen ersten Magnetpol 1 aus magnetischem Material in Scheibenform. In der Mitte dieses Magnetpols 1 ist ein zylindrisches Polstück 21 aus magnetischem Material einstückig mit dem ersten Magnetpol 1 vorgesehen. Man erkennt weiter einen ersten Magnet 2, der in Ringform ausgebildet und auf der Oberseite des ersten Magnetpols

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angebracht ist. Dieser ringförmige Magnet 2 ist am Magnetpol 1 durch ein Bindemittel od. dgl. befestigt. Ein zweiter Magnetpol 3 ist auf dem ersten Magnet 2 angeordnet, hat einen L-förmigen Querschnitt und weist einen flachen Teil 22 und einen vertikalen Teil 23 auf. Der zweite Magnetpol 3 besteht aus einem magnetischen Material, der flache Teil 22 und der vertikale Teil 23 sind miteinander einstückig, und an der Innenseite des zweiten Magnetpols 3 ist ein Spalt 24 gebildet, wo das Polstück 21 mittig einzuführen ist. Der Magnetpol 3 ist am ersten Magnet 2 ebenfalls durch ein Bindemittel od. dgl. befestigt. Ein zweiter Magnet 4 von Ringform ist an der Oberseite des zweiten Magnetpols 3 durch ein Bindemittel od. dgl. befestigt. Ein dritter Magnetpol 5 ist auf der Oberseite des zweiten Magnets 4 angebracht. Dieser ringförmige Magnetpol 5 besteht aus einem magnetischen Material und ist am zweiten Magnet 4 ebenfalls durch ein Bindemittel od. dgl. befestigt. Ein vierter Magnetpol 3¹ aus magnetischem Material in Ringform ist an der Oberseite des vertikalen Teils 23 des zweiten Magnetpols 3 durch ein Bindemittel od. dgl. befestigt. Die Höhe des vertikalen Teils 23 des zweiten Magnetpols 3 ist in der Weise bestimmt, daß der dritte Magnetpol 5 in der gleichen Ebene wie der vierte Magnetpol 3¹ ist,' während die Höhe des Polstücks 21 in der Weise bestimmt ist, daß die Innenfläche des vierten Magnetpols 3¹ der Außenfläche des obersten Teils des PoI-jtücks 21 gegenübersteht. Ein erster Luftspalt 8 ist zwischen der Außenseite des Polstücks 21 und der

Innenseite des vierten Magnetpols 3¹ gebildet, und ein zweiter Luftspalt 9 ist zwischen der Außenseite des vierten Magnetpols 3¹ und der Innenseite des dritten Magnetpols 5 gebildet. Eine ringförmig gewickelte erste Schwingspule 6 ist in den ersten Luftspalt 8 eingesetzt, während eine zweite Schwingspule 7, die ebenfalls ringförmig gewickelt ist, in den zweiten Luftspalt 9 eingesetzt ist.

Der Magnetkreis umfaßt so drei Magnetpole 1,3 und 5 und zwei Magnete 2 und 4, die in der Schwingungsrichtung der doppelten ringförmigen Schwingspulen 6 und 7 übereinander gelegt und untereinander durch ein Bindemittel od. dgl. verbunden sind, den mit dem Magnetpol 3 zwischen den Magnetpolen 1 und 5 verbundenen Magnetpol 3' und die magnetischen Luftspalte 8 und 9, die zwischen den Magnetpolen 1 und 3¹ bzw. zwischen den Magnetpolen 3* und 5 gebildet sind. Die Magnete 2 und 4 werden in der gleichen Richtung wie der der Schwingung der Schwingspulen 6 und 7, z.. B. in einer solchen Richtung magnetisiert, daß die Magnetflüsse vom Magnetpol 5 durch den Magnetpol 3' zum Magnetpol 1 hindurchgehen. Im Fall des äußeren Magnettyps wie in diesem Ausführungsbeispiel ist jeder Magnet so gestaltet, daß er zum äußeren Magnettyp paßt, während, falls der innere Magnettyp gewählt wird, jeder Magnet entsprechend dem inneren Typ gestaltet wird.

Durch einen derartigen Aufbau wird ein Raum an den Hinterteilen 25 und 26 und am Außenumfang der

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beiden Magnete 2 bzw. 4 gebildet, wodurch ermöglicht wird, einen Magnet der zur Auslegung benötigten Fläche und Länge zu wählen. Die Dichte der den Luftspalten und 9 zugeführten Magnetflüsse wird durch die Fläche und Länge (Höhe) der Magnete 2 und 4 im Kontakt mit dem ersten Magnetpol 1 und dem zweiten Magnetpol 3 bestimmt. Daher können, wenn ein Raum an den Hinterteilen 25 und 26 der Magnete 2 und 4 und an deren äußerem Umfang vorgesehen wird, die Fläche und die Länge der Magnete 2 und 4 geeignet nach Wunsch gewählt werden. Auch können, da die Fläche und die Länge der Magnete 2 und 4 voneinander unabhängig gewählt werden können, die Magnetflüsse und die magnetische Energie frei in die magnetischen Luftspalte 8 und 9Jverteilt werden.

Dieser Lautsprecher hat zwei Schwingspulen 6 und 7 zur Steuerung bzw. zum Antrieb des Knotenkreises der sekundären Schwingungsart der flachen kreisförmigen Membran 13. Die erste Schwingspule 6 ist auf den Außenumfang des ersten Schwingspulenkörpers 16 gewickelt, während die zweite Schwingspule 7 aufjden Außenumfang des zweiten Schwingspulenkörpers 17 gewickelt ist. Das obere Ende des ersten Schwingspulenkörpers 16 ist mit einer Stelle bei 0,39 R der Membran 13 verbunden, während das obere Ende des zweiten Schwingspulenkörpers 17 mit einer Stelle bei 0,84 R der Membran 13 verbunden ist, wobei R den Radius der Membran 13 bedeutet. Der Teil der Membran 13, wo die oberen Enden der beiden Schwingspulenkörper 16 und 17 damit ver-

bunden sind, ist der Teil, wo ein Knotenkreis der sekundären Schwingungsart zur Zeit der aufgeteilten Schwingung der Membran 13 auftritt. Durch Steuern bzw. Antrieb dieses Knotenkreises werden die primären und sekundären aufgeteilten Schwingungen der Membran 13 verhindert. Weiter wird, wenn der Knotenkreis der sekundären Schwingungsart gesteuert wird, die aufgeteilte Schwingung verhindert, indem die inneren und äußeren Knotenkreise mit der Antriebskraft unterschiedlicher Größen gesteuert werden. Insbesondere kann das Verhältnis der in* der ersten Schwingspule 6 erzeugten zu der in der zweiten Schwingspule 7 erzeugten Antriebskraft auf 1 bis 1,7 eingestellt werden, wodurch die aufgeteilte Schwingung verhindert wird. Dieser Unterschied der Antriebskraft kann durch Änderung der Dichte der Magnetflüsse im ersten Luftspalt 8 und im zweiten Luftspalt 9 erreicht werden. Dies läßt sich leicht einrichten, indem man die Fläche und die Länge des ersten Magnets 2 und des zweiten Magnets 4, d. h. die Abmessungen des ersten und des zweiten Magnets unabhängig voneinander ändert.

Die Zahl der durch den vertikalen Teil 23 des zweiten Magnetpols 3 gehenden Magnetflüsse ist kleiner als die Zahl der durch den ersten Magnetpol 1 oder den dritten Magnetpol 5 durchgehenden Magnetflüsse. Daher ist die Querschnittsfläche der magnetischen Bahn des vertikalen Teils 23 kleiner als die des letzteren, so daß einerseits der Magnetkreis komapkt und von geringem Gewicht gemacht ist und andererseits

* fi <- φ

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die magnetische Sättigung selten sogar aLn dem Fall auftritt, wo der Abstand zwischen den benachbarten Schwingspulen 6 und 7 eng ist.

Weiter läßt fsich der Lautsprecher gemäß der Erfindung leicht in der gleichen Weise wie herkömmliche gewöhnliche Lautsprecher magnetisieren.

Das Polstück 21 ist mit einem Rahmen 1o mittels einer (nicht dargestellten) Schraube verbunden, so daß die kreisförmige Membran 13 und die damit verbundene Spule 15 am Rahmen 10 mittels einer Kantenaufhängung 11 und einer Zentrierfeder 12 hängen. Die Schwingspulen 6 und 7 sind auf das untere Ende der Spulen 14 bzw. 15 gewickelt und damit verbunden, so daß die Schwingspulen 6 und in den magnetischen Luftspalten 8 bzw. 9 schwingen können.

Die Schwingspulen 6 und 7 sind elektrisch in Reihe oder parallel zueinander geschaltet, so daß sie gleichzeitig in der gleichen Richtung schwingen können. Alternativ können die Schwingspulen 6 und 7 natürlich auch unabhängig voneinander gesteuert werden, um gleichzeitig in der gleichen Richtung zu schwingen, ohne miteinander verbunden zu sein.

Um die Druckänderung in den Luftspalten zwischen den Spulen 14 und 15 zu verringern, sollten Luftlöcher 18 und 19 in den Spulenkörpern 16 bzw.

gebildet werden. Das Luftloch 19 wird zweckmäßig mit einem staubdichten Tuch 20 abgedeckt.

Obwohl das betrachtete Ausführungsbeispiel zwei Schwingspulen aufweist, können die Zahl und der Durchmesser der Spulenkörper und Schwingspulen nach Wunsch je nach dem jeweiligen Einzelfall frei gewählt werden. Um beispielsweise die n-te Potenz der aufgeteilten Schwingung der Membran zu dämpfen, werden alle Knoten bis zur Schwingungsart der η-ten Potenz durch die Schwingspulen des gleichen Durchmessers und in der gleichen Anzahl wie denen der Knoten gesteuert.

Das betrachtete Ausführungsbeispiel betrifft einen Magnetkreis des äußeren Magnettyps. Im Fall des äußeren Magnettyps ist die äußerste magnetische Bahn am kürzesten, so daß die Streuung der Magnetflüsse in der äußersten magnetischen Bahn am geringsten ist. So eignet sich der äußere Magnettyp des Magnetkreises für den Fall, in «dem die magnetische Energie im äußersten Magnetspalt maximiert wird.

Die Erfindung läßt sich auch mit einem Magnetkreis des inneren Magnettyps verwirklichen. Im Gegensatz zum äußeren Magnettyp ist die innerste magnetische Bahn im Fall des Magnetkreises des inneren Magnettyps am kürzesten, wodurch ermöglicht wird, die Streuung der Magnetflüsse in der innersten raagne+- tischen Bahn mehr als in den anderen Bahnen zu verringern.

Der innere magnetische Typ des Magnetkreises ist daher für den Fall geeignet,in dem die Energie im innersten Spalt maximiert werden soll.

Weiter ist die Erfindung nicht auf den Fall beschränkt, wo Knoten allein gesteuert bzw. angetrieben werden, sondern es kann eine Vielzahl von Schwingspulen im gleichen Abstand zueinander zur Steuerung der Membran vorgesehen werden.

Außerdem kann die Erfindung mit gleicher Wirkung auf die konische Membran oder Kuppelmembran angewandt werden.

Zusätzlich kann der Lautsprecher gemäß der Erfindung aus einer einzelnen Membran oder zwei oder mehr Membranen der gleichen Form oder unterschiedlicher Formen, die miteinander verbunden sind, gebildet werden.

Leerseite

Claims

Ansprüche

Dynamischer Lautsprecher,
gekennzeichnet durch

einen ersten, zweiten und dritten Magnetpol (1, 3, 5), die in wenigstens drei Schichten unter Abständen zueinander angeordnet sind,

einen ersten, zwischen dem ersten und zweiten Magnetpol (1, 3) angeordneten Magnet (2), einen zweiten, zwischen dem zweiten und dritten Magnetpol (3, 5) angeordneten Magnet (4), einen zwischen der magnetischen Bahn des ersten Magnetpols (1) und der magnetischen Bahn des dritten Magnetpols (5) eingefügten vierten Magnetpol (3¹) zur Bildung eines ersten und eines zweiten Luftspalts (8, 9) mit der zugehörigen magnetischen Bahn, eine erste, in den ersten Luftspalt (8) eingesetzte Schwingspule (6),

eine zweite, in den zweiten Luftspalt (9) eingesetzte Schwingspule (7) und

eine mit der ersten und zweiten Schwingspule (6, 7) gekoppelte und durch die erste und zweite Schwingspule (&, 7) gesteuerte Membran (13).
2. Lautsprecher nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß der erste und der zweite Magnet (2, 4) in der gleichen Richtung magnetisierbar sind, die die gleiche wie die Schwingungsrichtung der ersten und zweiten Schwingspule (6, 7) ist.

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3. Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Schwingspule (6, 7) zur Steuerung der Knoten der aufgeteilten Schwingung der Membran (13) dienen.
4. Lautsprecher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (13) flach und kreisförmig ist und die erste und die zweite Schwingspule (6, 7) zur Steuerung der Knotenkreise der aufgeteilten Schwingung der Membran (13) dienen.