DE3523973A1

DE3523973A1 - Elektro-schwingungswandler

Info

Publication number: DE3523973A1
Application number: DE19853523973
Authority: DE
Inventors: Hidehito Gomi; Tadashi Itagaki; Masahiko Tokorozawa Saitama Komatsubara
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1984-07-10
Filing date: 1985-07-04
Publication date: 1986-01-23
Also published as: GB8516643D0; GB2162718B; US4675907A; JPH0459839B2; JPS6121699A; GB2162718A; DE3523973C2

Description

Elektro-Schwingungswandler

Beschreibung

Die Erfindung betrifft das technische Gebiet der Elektro-Schwingungswandler und bezieht sich insbesondere auf einen Elektro-Schwingungswandler, der als Schwingungsquelle in einer Anordnung dient, mit Hilfe derer akustische Schwingungen mit dem Körper wahrnehmbar werden. Eine Einrichtung, mit deren Hilfe akustische Schwingungen durch den Körper wahrnehmbar werden, weist einen speziellen Elektro-Schwingungswandler auf, der Schallsignale einer akustischen An-Ordnung, wie z.B. eines Lautsprechers.und auch Niederfrequenzsignale in einem Frequenzbereich, der unterhalb der Hörfrequenzen liegt, in mechanische Schwingungen eines Elementes umwandelt, mit dem der Körper eines Zuhörers in Kontakt ist. Dadurch kann der Zuhörer den Schall direkt durch seinen Körper aufnehmen, so daß für den Zuhörer der Eindruck entsteht, daß er bei einer Live-Aufführung zugegen ist.

Im Stand der Technik gibt es verschiedene Elektro-Schwingungswandler. Ein Beispiel eines solchen Wandlers ist in Figur 1 dargestellt. Der Wandler kann beispielsweise in den Rahmen eines Stuhles eingebaut werden.

Der Elektro-Schwingungswandler besitzt ein zylindrisches Gehäuse 1, welches aus Kunststoff hergestellt und an beiden Enden geschlossen ist. In dem Gehäuse 1 ist ein Ringmagnet 2 angeordnet und an dem Gehäuse über einen Dämpfer 3 befestigt. Der Dämpfer ist aus einem Blattfedermaterial oder ähnlichem hergestellt. An den Ober- und Unterflächen des Magnetes 2 sind eine Jochplatte U und ein Joch 5 koaxial angeordnet. Das Joch 5 besitzt einen ^Pol 5a, der von dessen

Zentrum absteht. Der Pol 5a, der Magnet 2 und die ringförmige Jochplatte 4 bilden einen Magnetspalt 6. In den Magnetspalt 6 hinein erstreckt sich ein zylindrischer Spulenkörper 8, der an einem geschlossenen Ende 1a des Gehäuses 1 befestigt ist. Um den Außenmantel des zylindrischen Spulenkörpers 8 ist eine Schwingspule 9 gewickelt.

In einem so aufgebauten Elektro-Schwingungswandler ist der Dämpfer 3 aus einem Material hergestellt, wie z.B. das erwähnte Blattfedermaterial, welches geringe interne Verluste hat. Daher ist die Resonanzschärfe Q bei der unteren Resonanzfrequenz f» groß, wie in Figur 2 durch die durchgezogene Linie angedeutet ist. Das hat zur Folge, daß die effektive Bandbreite der Einrichtung schmal ist und daß ihr Einschwingverhalten mangelhaft ist.

Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten wurden bereits mehrere Vorschläge gemacht. Ein Vorschlag geht dahin, den Wandler dadurch zu verbessern, daß ein viskoseelastisches Element zwischen dem Gehäuse

1 und dem magnetischen Kreis angeordnet wird, daß der Magnetspalt 6 mit einer magnetischen Flüssigkeit gefüllt wird und daß. als Dämpfungselement 3 ein zusammengesetztes Element verwendet wird. Mit diesen Verbesserungen läßt sich die Resonanzschärfe schwächen, wie das durch die unterbrochene Linie 10b in Figur

2 gezeigt ist, so daß die effektive Bandbreite dadurch vergrößert und als Folge davon auch das Einschwingverhalten verbessert wird. Jedoch ist die damit erhaltene effektive Bandbreite immer noch nicht breit genug.

Um die zuvor erwähnten Schwierigkeiten, die mit einem Wandler, wie er in Figur 1 dargestellt ist, einhergehen, zu beseitigen, wurde auch schon ein Elektro-Schwingungsvandler vorgeschlagen, wie er

. in Figur 3 dargestellt ist. Wie man in Figur 3 erkennen kann, wurde dem in Figur 1 dargestellten Wandler noch ein weiterer magnetischer Kreis und eine Schwingspule hinzugefügt. Der magnetische

_c Kreis besteht aus einem Magnet 12, der über einen ο

Dämpfer 11 mit dem Gehäuse 1 verbunden ist sowie aus einer ringförmigen Jochplatte "\U und einem Joch 15, die mit dem Magnet 12 fest verbunden sind. In den Magnetspalt 16, der in dem magnetischen Kreis ausgebildet ist, ragt ein Spulenkörper 18 hinein, auf den die Schwingspule 19 aufgewickelt ist. Im übrigen sind in Figur 3 diejenigen Elemente, die den Elementen in Figur 1 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen.

Der Wandler, wie er in Figur 4 dargestellt ist, ist so konstruiert, daß die unteren Resonanzfrequenzen der beiden Treiberschaltungen, d.h. der magnetischen Kreise, bei geeigneten Werten f.-... und f„p liegen, so daß die effektive Bandbreite ausreichend

groß ist, wobei die Bandbreite zwischen den beiden Werten f^- und f~p als scheinbarer Durchlaßbereich wirkt. Da jedoch das Einschwingverhalten nicht verbessert werden kann, ohne gleichzeitig die Resonanzschärfe bei den unteren Resonanzfrequenzen herabzu-25

setzen, können außerdem noch dieselben Verbesserungen an dem in Figur 1 gezeigten Wandler vorgenommen werden, wie sie beispielsweise im Hinblick auf den in Figur 3 dargestellten Wandler erläutert

wurden. So können beispielsweise die Magnetspalte 30

6 und 16 mit einer magnetischen Flüssigkeit gefüllt werden.

Mit einem solchen Elektro-Schwingungswandler kann

man eine ausreichende effektive Bandbreite und ein 35

zufriedenstellendes Einschwingverhalten erhalten. Jedoch weist ein solcher Wandler den Nachteil auf, daß der Streufluß der beiden magnetischen Kreise

das Schwingungsansprechverhalten der beiden Magnetkreise beeinflußt, so daß dieses nicht linear wird.

Im Hinblick darauf liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Elektro-Schwingungswandler zu schaffen, der eine ausreichend große effektive Bandbreite und ein zufriedenstellendes Einschwingverhalten zeigt, und bei dem jederzeit das Schwingungsansprechverhalten linear ist.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß diesen Merkmalen schafft die Erfindung einen Elektro-Schwingungswandler mit einem Magnetkreis und einer in dem Magnetkreis vorgesehenen Schwingspule sowie mit einem unterstützenden Schwingelement, welches über ein elastisches Element an dem Magnetkreis befestigt ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren weiter erläutert.

Figur 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen Elektro-Schwingungswandler;

Figur 2 zeigt in einem Diagramm das Resonanzverhalten des in Figur 1 dargestellten Wandlers;

Figur 3 zeigt in einer Querschnittsansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines herkömmlichen Elektro-Schwingungswandlers;

Figur 4 zeigt das Resonanzverhalten des in Figur 3 dargestellten Wandlers;

Figur 5 zeigt in einer Querschnittsansicht einen

erfindungsgemäßen Elektro-Schwingungswandier

gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel;

Figuren 6A bis 6 C

zeigen die Resonanzeiger.schaften des Wandlers, 5

wie er in Figur 5 dargestellt ist und

Figur 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines

erfindungsgemäßen Elektro-Schwingungswandlers.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren 5 bis 7 beschrieben.

In Figur 5, in der ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Elektro-Schwingungswandlers dargestellt ist, besitzt der Wandler ein zylindrisches Gehäuse 21 mit zwei geschlossener. Enden. Das Gehäuse 21 ist aus Kunststoff oder ähnlichen Materialien gefertigt. Ein Ringmagnet 22 ist ir. dem Gehäuse 21 an^w geordnet und an der Innenwand des Gehäuses über einen Dämpfer 23, der beispielsweise aus einem Blattfedermaterial hergestellt ist, befestigt. Eine ringförmige Jochplatte 2k und ein Joch 25 sind an den oberen und unteren Flächen des Magnetes 22 koaxial ausgerichtet

^° befestigt. Die ringförmige Jochplatte 24, das Joch 25 und der Ringmagnet 22 bilden den Magnetkreis. Das Joch 25 weist einen Pol 25a auf, der sich von dessen Zentrum weg erstreckt. Der Pol, der Ringmagnet 22, und die ringförmige Jochplatte 2k belassen einen

^ou magnetischen Spalt 2o..An einem geschlossenen Ende 21a des Gehäuses 21 ist ein Spulenkörper 28 befestigt, der in den Magnetspalt 26 hineinreicht. Um die Außenwand des Spulenkörpers 28 ist eins Schwingspule 29 gewickelt. Mit der Hauptoberfläche des Jochs 25 steht ein unterstützendes Schwingelement, nämlich ein Gewicht 30, über ein elastisches Element 31 in Verbindung. Das unterstützende Schwingelement gehört zum Magnetkreis.

Die mechanische Impedanz des Wandlers wird nach der Art und Weise bestimmt, in der das Gehäuse montiert wird, beispielsweise in der Armlehne eines Stuhls. Bei einer derartigen Befestigung wird die Schwingspule fest mit dem Gehäuse verbunden und bleibt stationär, während der Magnetkreis einschließlich des Ringmagnets 22 als Treibereinheit schwingt.

Die untere Resonanzfrequenz f_ wird bei dem Wandler durch die Steife S des elastischen Elements 31 und die Masse M des Gewichtes 30 wie folgt bestimmt :

^r° 2- ^m
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Figur 6a zeigt die Ansprechgeschwindigkeitskurve des erfindungsgemäßen Elektro-Schwingungswandlers. Wie man an dieser Kurve erkennen kann, findet die Schwingung für Frequenzen, die wesentlich kleiner als f_n sind, unter einer solchen Bedingung statt,

daß die Masse des Gewichtes 30 äquivalent direkt zu der Masse des Magnetkreises addiert wird, d.h., das elastische Element 31 ist im wesentlichen ausgeschaltet. Dadurch erhält man eine untere Resonanz-25

frequenz L,, die durch die Summe der Massen des Magnetkreises und des Gewichtes 30 und die Steife des Dämpfers 23 bestimmt ist. Andererseits wird für Frequenzen, die wesentlich höher als L sind,

die Schwingung derart beeinflußt, daß in Bezug 30

auf den Magnetkreis die Steife des elastischen

Elementes 31 gleichermaßen zu der Steife des Dämpfers 23 hinzuzuaddieren ist. Man erhält dadurch eine untere Resonanzfrequenz Lm, die bestimmt ist durch die Summe der Steife des elastischen 35

Elementes 31, des Dämpfers 23 und der Masse des magnetischen Kreises.

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D.h., man erhält, wie oben beschrieben, zwei untere Resonanzfrequenzen. Auf diese Art und Weise kann die wirksame Bandbreite vergrößert werden, so daß die scheinbare Bandbreite innerhalb eines Bandes zwischen den beiden unteren Resonanzfrequenzen liegt. Wenn die Masse des Gewichts 30 (bzw. des unterstützenden Schwingelementes) und die Steife des elastischen Elementes 31 geeignet gewählt werden, kann die Schärfe der Resonanzkurve jeweils bei der unteren Resonanzfrequenz herabgesetzt und somit das Einschwingverhalten verbessert werden.

In Figur 6A ist die Ansprechgeschwindigkeitskurve für den Fall gezeigt, in dem der Wandler so ausgelegt ist, daß die untere Resonanzfrequenz, die durch die Masse des Gewichtes 30 und die Steife des elastischen Elementes 31 bestimmt wird, kleiner ist als diejenige, die durch die Masse des Magnetkreises und die Steife des Dämpfers 23 bestimmt wird.

Die Figur 6'E zeigt die Ansprechgeschwindigkeitskurve für den Fall, in dem der Wandler so ausgelegt ist, daß die zwei unteren Resonanzfrequenzen sich im wesentlichen einander gleichen und Figur 6C zeigt die Ansprechgeschwindigkeitskurve für den Fall, in dem der Wandler so ausgelegt ist, daß die untere Resonanzfrequenz, die durch die Masse des Gewichtes 30 und die Steife des elastischen Elementes 31 bestimmt wird, größer ist als diejenige, die durch die Masse des Magnetkreises und die Steife des Dämpfers 23 bestimmt ist.

Bei dem oben beschriebenen Elektro-Schwingungswandler ist das elastische Element 31 aus einem viskoelastischem Material, wie z.B. Gummi, hergestellt. Die Verwendung eines viskc-elastischen Materials, welches relativ einfach entsprechend geformt und

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* Ad· auch mit niedrigen Herstellungskosten erhalten werden kann, erlaubt es, das elastische Element mit geringen Kosten herzustellen. Anstelle des visko-elastischen Materials kann auch eine Schraubenfeder als elastisches Element 31 herangezogen werden. In letzterem Falle kann die Steife des elastischen Elementes sehr genau festgelegt werden.

Figur 7 zeigt einen erfindungsgemäßen Elektro-Schwingungswandler nach einem zweiten Ausführungsbeispiel. Der Dämpfer 23 in diesem Wandler wird dazu verwendet, das Auftreten von Schlingerbewegungen ("rolling"-Phänomen) zu verhindern, was auf auftritt, wenn der Wandler Schwingungen mit großen Amplituden erzeugt. Wie anhand von Figur 7 zu sehen ist, ist ein Gewicht 30 über ein elastisches Element 31 an der Außenwand des Ringmagnets 22 angebracht. Der so aufgebaute Wandler zeigt dasselbe Verhalten wie der anhand von Figur 5 beschriebene Wandler, besitzt jedoch verglichen mit dem in Figur 5 dargestellten Wandler eine geringere Dicke. In Figur 7 sind die mit Figur 5 funktionsgleichen Teile mit den in Figur 5 verwendeten Bezugszeichen versehen. Außer den oben angesprochenen Bauteilen dieses zweiten Ausführungsbeispiels sind die verwendeten Bauteile genau dieselben, wie sie im Zusammenhang mit dem ersten Ausfürhungsbeispiel beschrieben wurden .

Sowohl im ersten als auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist das unterstützende Schwingelement auf der Seite des Magnetkreises angeordnet. Die Wandler können aber auch so konstruiert werden, daß die Schwingspulenseite als Treibereinheit verwendet wird und daß das Schwingelement auf der Seite der Schwingspule angeordnet wird.

Wie sich aus obiger Beschreibung ergibt, ist bei

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einem erfindungsgemäßen Elektro-Schwingungswandler ein unterstützendes Schwingelement über ein elastisches Element mit der schwingenden Seite verbunden, d.h. mit der Seite des Magnetkreises oder der Seite der Schwingspule, was dazu führt, daIb man zwei untere

Resonanzfrequenzen erhält. Dadurch kann die effektive Bandbreite des Wandlers beträchtlich vergrößert werden, so daß die Bandbreite zwischen den beiden unteren Resonanzfrequenzen die wirksame Bandbreite darstellt. 10

Weiterhin kann bei einem erfindungsgemäßen Elektro-Schwingungswandler durch geeignete Wahl der Massen des unterstützenden Schwingelementes und der Steife des elastischen Elementes die Schärfe der Resonanzkurve bei jeder der beiden unteren Resonanzfrequenzen herabgesetzt werden, so daß man ein ausgezeichnetes Einschwingverhalten erhält.

Bei einem erfindungsgemäßen Elektro-Schwingungswandler wird nur ein magnetischer Kreis benötigt. Somit können die Probleme, wie sie in herkömmlichen Elektro-Schwingungswandlern, die zwei Magnetkreise verwenden durch die gegenseitige Beeinflussung der Schwingungen der Magnetkreise auftreten, vermieden werden. Demzufolge führt ein erfindungsgemäßer Wandler jederzeit * zu einer stabilen und linearen Schwingung.

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-U- - Leerseite

Claims

PIONEER ELECTRONIC CORPORATION ""¹^' ^r""" "■'"

No. 4-1, Meguro 1-chome enoow-chE·.·:: Meguro-ku

Tokyo, Japan ^{P 1}^ 668-011

Elektro-Schwingungswandler

Patentansprüche 20

Elektro-Schwingungswandler mit einem Magnetkreis und mit einer Schwingspule, die in einen magnetischen '*·

Spalt des Magnetkreises hineinragt, g e k e η η ζ e i ch net durch ein unterstützendes Schwingelement (30) und durch ein elastisches Element (31), 25

welches das unterstützende Schwingelement (30) an den Magnetkreis (22, 24, 25, 25a) koppelt.
2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element (31)

aus visko-elastischem Material besteht.
3. Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkreis eine ringförmige

Jochplatte (24), ein Jochelement (25) mit einem 35

zylindrisch geformten mittleren Polbereich (25a),

der mit einer Innenkante der ringförmigen Jochplatte (24) den Magnetspalt (26) bildet, und mit einem scheibenförmigen Abschnitt, der gegenüber der ringförmigen Jochplatte (24) angeordnet ist, sowie einen Ringmagnet (22) aufweist, der zwischen der ringförmigen Jochplatte (24) und dem scheibenförmigen Abschnitt (25) liegt.
4. Elektro-Schwingungswandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das unterstützende Schwingelement (30) ein scheibenförmiges Gewicht umfaßt und daß das elast-ische Element (31) das unterstützende Schwingelement an eine. Außenfläche des scheibenförmigen Abschnitts des Jochelementes (25) koppelt.

5- Elektro-Schwingungswandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das unterstützende Schwingelement (30) ein ringförmiges Gewicht ist und

daß das elastische Element (31) dieses unterstützende 20
/ Schwingelement (30) an eine Umfangsflache des Ring-

magneten (22) koppelt.

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