DE4329982C2 - Elektrodynamischer Schallwandler - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf einen elektrodynamischen Schallwandler der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art. Der Wandler umfaßt ein Magnetsystem und ein Schwingungssystem, welches aus einer Membran und einer von dieser getragenen Drahtspule besteht. Dabei ist die Membran in zwei unterschiedlich profilierte Teile gegliedert, die unterschiedliche Funktionen zu erfüllen haben.

Die Membran umfaßt zunächst einen schallwirksamen Zentralteil mit einer Kappenwölbung, der üblicherweise als "Kalotte" bezeichnet wird. Dieser Zentralteil wird von einem Spulensitz umgrenzt, an welchem die elektri­ sche Spule des Wandlers befestigt wird. Vom Ansatz geht dann ein zur elastischen Aufhängung der Membran dienender Ringteil aus, der z. B. ein bogenförmiges Profil besitzt und üblicherweise als "Sicke" bezeichnet wird. Um die unterschiedlichen Funktionen des Zentralteils und Ringteils optimal erreichen zu können, sind scheinbar einander widersprechende Forde­ rungen zu erfüllen.

Um eine hohe Empfindlichkeit des elektrodynamischen Schallwandlers zu erreichen, sollte der schallwirksame Zentralteil einen möglichst großen Durchmesser aufweisen. Außerdem ist es für eine gute akustische Wirkung erwünscht, dem Zentralteil eine möglichst große Steifigkeit zu geben. Nur so ist eine effektive Wechselwirkung des Zentralteils mit der als Schall­ medium wirkenden Luft gewährleistet, gleichgültig, ob man den Wandler als Schallempfänger oder als Schallsender verwendet. Der Ringteil muß eine möglichst kleine Steifigkeit aufweisen, um eine gute axiale Beweglich­ keit des Zentralteils zu gewährleisten. Dazu ist es notwendig, auch den Ringteil mit einer relativ großen Ringbreite auszubilden. Bei den bekannten Schallwandlern (z. B. US 5,181,253) war der Ringteil radial außerhalb des Zentralteils angeordnet, kam also zu dem Durchmesser des Zentralteils noch additiv hinzu. Dies führte bei den bekannten Wandlern zu Membranen großer Dimension, die mit den vorgegebenen beschränkten Abmessungen eines Wandlergehäuses nicht in Einklang gebracht werden konnten. Man war genötigt, technische Kompromisse zu schließen. Man mußte entweder die Größe des Zentralteils und damit der Spule reduzieren, oder aber den Ringteil mit kleinerer Ringbreite ausführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schallwandler der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art mit möglichst kleinen Abmessungen zu entwickeln, welcher dennoch die einander scheinbar widersprechenden Forderungen nach hoher Empfindlichkeit und hoher axialer Beweglichkeit der Membran erfüllt. Dies wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angeführten Maßnahmen erreicht, denen folgende besondere Bedeutung zukommt.

Die Erfindung verläßt das bisher im Stand der Technik geübte Bauprinzip, wo der Ringteil der Membran stets radial außerhalb des Zentralteils der Membran angeordnet war. Bei der Erfindung ist der Ringteil axial unterhalb des Zentralteils angeordnet und verläuft somit, vom Spulensitz aus gesehen, radial nach innen. Die beiden Membranteile liegen also nicht, wie im Stand der Technik radial nebeneinander, sondern axial übereinander. Damit ist es möglich, entweder Wandler mit kleineren Abmessungen zu bauen, oder aber, bei dem Stand der Technik entsprechenden Abmessungen, größer dimensionierte elektrische Spulen als bisher zu verwenden. Letzteres hat zur Folge, daß man jetzt Wandler mit größerer Empfindlichkeit erhält. Dadurch ergeben sich auch im Anwendungsbereich von Hörern neue Möglichkeiten; man kann nämlich jetzt bei relativ guter Wiedergabequalität die Abmessungen so klein machen, daß sogar ein "Im-Ohr-Hören" möglich wird. Weitere Maßnahmen und Vorteile ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen. In den Zeichnungen ist die Erfindung in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen gemäß der Erfindung gestalteten elektrodynamischen Wandler,

Fig. 2 in einem entsprechenden Axialschnitt durch einen Teilbereich eines Wandlers, das beim Stand der Technik angewendete bekannte Bauprinzip,

Fig. 3 in einer der Fig. 2 entsprechenden Darstellung einen Wandler, wie er im Stand der Technik gebaut wurde, um erträgliche Dimensi­ onen einhalten zu können,

Fig. 4 zwecks Vergleichs mit Fig. 3 im gleichen Maßstab und analoger, vereinfachter Darstellung den nach dem erfindungsgemäßen Bauprin­ zip von Fig. 1 gestalteten neuen Wandler und

Fig. 5, in einer alternativen Ausgestaltung zu Fig. 1, eine Membran für den Wandler nach der Erfindung vor Einbau in ein Wandlerge­ häuse.

Ein Wandler 10 nach dem Stand der Technik folgt dem aus Fig. 2 ersichtli­ chen bekannten Bauprinzip. Dort ist lediglich der untere Wandlerteil 11 gezeigt, der zur Lagerung einer Membran 20 dient. Der Wandler 10 ist rotationssymmetrisch zu der strichpunktiert angedeuteten Achse 12 ausgebil­ det und umfaßt einen Napf 13, der wegen der noch näher zu erläuternden Gestaltung der bekannten Membran 20 in einen Radialflansch 14 übergeht und dort schließlich in einem Ringansatz 15 endet. Im Inneren des Napfes 13 befindet sich ein Ringmagnet 16, dessen innere Öffnung einen Schall­ durchlaß 19 bildet, der auch die ihn umschließende Gehäuseschale durchsetzt. Der äußere Umfang des Ringmagnets 16 schließt mit dem Napf 13 einen Ringspalt 36 ein, in welchen, bei montierter Membran 20, eine Drahtspule 30 eintaucht.

Die zugehörige Membran 20 läßt sich im wesentlichen in zwei zueinander unterschiedlich profilierte Teile 21, 22 gliedern. Der eigentliche schallwirksa­ me Bestandteil der Membran liegt in der Membranmitte und besteht aus einem Zentralteil 21 mit einer kappenartigen Wölbung 24. Dieser Zentralteil 21 der Membran 20 wird üblicherweise als "Kalotte" bezeichnet. Für eine hohe Empfindlichkeit des Wandlers 10 ist ein möglichst großer Durchmesser 25 des Zentralteils 21 erwünscht. Zugleich ist eine gewisse Steifigkeit des Zentralteils 21 für eine gute akustische Wiedergabe oder für einen akustischen Empfang vorteilhaft. Dem Durchmesser- Maß 25 waren aber durch die Anordnung des zweiten Membran-Teils 22 aus folgenden Gründen enge Grenzen gesetzt.

Ausweislich der Fig. 2 ist bei der bekannten Membran 20 der Zentralteil 21 von einem sich radial nach außen erstreckenden Ringteil 22 der Membran 20 umgeben. Der Ringteil 22 hat seinerseits ein bogenförmiges Profil 26, dessen konvexe Seite in die gleiche Richtung wie die vorbeschriebene kappenartigen Wölbung 24 des Zentralteils 21 weist. Dieser Ringteil 22 wird üblicherweise als "Sicke" bezeichnet und hat die Funktion, für eine elastische Aufhängung des Zentralteils 21 im Wandlergehäuse 11 zu sorgen. Der äußere Umfangsrand 27 der bekannten Membran 20 ist mit einer abgesetzten Befestigungskante 28 versehen, die sich an dem vorerwähnten Ringabsatz 15 des Wandlergehäuses 11 abstützt.

Im Übergangsbereich zwischen dem Zentralteil 21 und dem Ringteil 22 befindet sich eine schmale Ringzone, die als Spulensitz 23 für die erwähnte Spule 30 dient. Die Spule 30 ist mit ihrem einen zylindrischen Stirnende fest mit dem Spulensitz 23 verbunden. Folglich werden, im Anwendungsfall als Schallempfänger, Axialbewegungen des Zentralteils auf die Spule 30 übertragen, wie auch umgekehrt, im Anwendungsfall als Schallsender, von der Spule ausgeführte Axialbewegungen auf den sie tragenden Zentralteil 21 übergehen.

Um die gewünschte gute Beweglichkeit des Zentralteils 21 bei der Wechselwirkung mit dem Schall zu gewährleisten, ist es erwünscht, auch dem Ringteil 22 eine möglichst große Dimension zu geben. Unter Berücksichtigung der die Ringzone umschließenden, vorerwähnten Befestigungskante 28 tritt somit, additiv zum Durchmesser 25 des Zentralteils 21, die in Fig. 2 angedeutete Ringbreite 29 hinzu. Dies führt zu erheblichen Außenabmessungen 18 des Wandlergehäuses 11.

Aus Dimensionsgründen sah man sich im Stand der Technik daher genötigt, den Wandler 10' in der aus Fig. 3 ersichtlichen Weise abzuändern. In Fig. 3 sind zur Bezeichnung entsprechender Bauteile die gleichen Bezugszeichen wie im Ausführungsbeispiel von Fig. 2 verwendet, weshalb, wenn nichts anderes gesagt ist, die bisherige Beschreibung auch für den Wandler 10' gilt. Zur Unterscheidung der Bauteile sind aber diese Bezugszeichen mit einem Strich (') versehen. Es genügt, lediglich auf die Unterschiede einzuge­ hen.

Reduzierte Gehäuseabmessungen 18' ergeben sich beim Wandler 10' von Fig. 3 deswegen, weil dort die vorbeschriebene Ringbreite 29' kleiner ausge­ bildet worden ist. Der zur Aufhängung des Zentralteils 21' dienende Ringteil 22' ist entsprechend kleiner dimensioniert, wodurch die axiale Beweglichkeit des Ringteils 21' im Vergleich mit dem vorbeschriebenen Wandler 10 ver­ schlechtert ist. In diesem Fall ist wenigstens der Durchmesser 25' des Zentralteils 21' dimensionsgleich mit demjenigen des vorbeschriebenen Wand­ lers 10 ausgebildet, damit sich, im Vergleich mit dem Wandler 10 von Fig. 2, nicht auch noch die akustische Wiedergabe verschlechtert. Es genügt daher bei dem abgewandelten Wandler 10' von Fig. 3 den Randflansch 14' gemäß den reduzierten Außenabmessungen 18' zu verringern. Andernfalls, bei geringerem Zentralteil-Durchmesser 25' wäre es nötig, auf eine entspre­ chend kleinere Spule 30' auszuweichen, was sich in einer Verschlechterung der Empfindlichkeit des Schallwandlers 10' äußern würde. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, muß man also, ausgehend von den vorgegebenen maximalen Außenabmessungen 18', einen Kompromiß zwischen den zum Aufbau dieser bekannten Membran 20' dienenden Dimensionen 25' und 29' der beiden Membranteile 21' und 22' finden.

Die Erfindung geht, ausweislich der Fig. 1, beim Aufbau des dort entnehm­ baren Wandlers 10", völlig neue Wege. Zur Bezeichnung entsprechender Bauteile sind auch in Fig. 1 die gleichen Bezugszeichen wie beim Wandler 10 gemäß Fig. 2 verwendet, aber zur Unterscheidung davon, mit einem Doppelstrich (") gekennzeichnet. Auch in diesem Fall gilt, sofern nichts anderes gesagt ist, die vorausgehende Beschreibung. Der entscheidende Unterschied des erfindungsgemäßen Wandlers 10" gegenüber dem Stand der Technik liegt in dem andersartigen Aufbau der Membran 20".

Bei der erfindungsgemäßen Membran 20" liegen die beiden Membranteile 21", 22" nicht radial nebeneinander, sondern, in Verlaufsrichtung der Achse 12" von Fig. 1 gesehen, in einer axialen Staffelung zueinander. Bei der Bei der Membran 20" ist zwar auch der Spulensitz 23" jener Bauteil, der hier die äußere Begrenzung des Zentralteils 21" bestimmt, doch bestimmt dieser Spulensitz 23" zugleich den maximalen Außendurchmesser 25" der ganzen Membran. Während beim bekannten Wandler 10, gemäß Fig. 2, der dortige Ringteil 22 sich radial nach außen an den dortigen Spulensitz 23' anschließt, erstreckt sich, beim erfindungsgemäßen Wandler 10" gemäß Fig. 1, der Ringteil 22" radial nach innen. Der Ringteil 22" liegt mit seinem Bogenprofil 26" vollkommen im Bereich der kappenartigen Wölbung 24" des Zentralteils 21". Die auch hier am freien Rand des Ringteils 22" befindliche Befestigungskante 28" der Membran bestimmt nicht mehr den äußersten Umriß der Membran, wie in Fig. 2, sondern ist radial nach innen gekehrt. Die bei der erfindungsgemäßen Membran 20" anfallende Ringbreite 29" tritt nicht mehr additiv zum Zentralteil-Durchmesser 25" hinzu, wie beim bekannten Wandler 10 von Fig. 2. Diese Ringbreite 29" hat keinen Einfluß auf die aus Fig. 1 ersichtlichen Außenabmessungen 28" des Wandler ehäuseunterteils 11".

Der auch in Fig. 1 gezeigte Ringmagnet 16" trägt einen Ringansatz 31", z. B. einen dort eingelassenen Ring, der zu Befestigungszwecken als Stütze für die Membran-Befestigungskante 28" dient. Der Ringansatz 31" umgrenzt den axialen Schalldurchlaß 19" im Wandlergehäuse 11". In Fig. 1 ist auch der zum Wandlerunterteil 11" gehörende Wandleroberteil 32" gezeigt. Der zum Wandlerunterteil 11" gehörende, bereits oben beschriebene Gehäuseschale 13" läuft zylindrisch aus und setzt sich, unter Einhaltung einer kleinen Außenabmessung 18", in einem zylindrischen Ansatz des Gehäuseoberteils 32" fort. Fig. 1 zeigt die Anwendung des Wandlers 10" als Mikrofon. Der Wandleroberteil 32" ist Träger einer Kompensationsspule 33". Beide Austrittsöffnungen des axialen Schalldurchlasses 19" in den beiden Wandlerteilen 11", 32" sind mit akustischen Widerständen 34", 35" abgedeckt.

In Fig. 4 ist der vorbeschriebene Wandler 10" nach der Erfindung mit entsprechenden Bauteilen und in gleichem Maßstab wie der dem Stand der Technik zugehörende Wandler 10' von Fig. 3 dargestellt, wobei angenommen wurde, daß die beiden miteinander zu vergleichenden Zentralteile 21' und 21" den gleichen Durchmesser 25' und 25" aufweisen sollen. Weil der Ringteil 22" in Fig. 4 nach innen verlegt ist, fällt die Außenabmessung 18" beim erfindungsgemäßen Wandler 10" wesentlich kleiner aus. Die beim bekannten Wandler 10' von Fig. 3 vorgesehenen Randflansche 14' sind beim erfindungsgemäßen Wandlergehäuse 11" nicht mehr vorhanden. Dennoch kann die aus Fig. 4 ersichtliche Ringbreite 29" wesentlich größer als die beim bekannten Wandler 10' von Fig. 3 ersichtliche entsprechende Ringbreite 29' gestaltet werden. Dies führt einerseits zu der bereits erwähnten wesentlichen Verbesserung der elastischen Aufhängung des Zentralteils 21" durch den Ringteil 22" beim erfindungsgemäßen Wandler 10" und andererseits in einer hohen Axialbeweglichkeit des Zentralteils 21" bei der Wechselwirkung mit dem Schallmedium.

Fig. 5 zeigt eine modifizierte Membran 20" nach der Erfindung, vor ihrem Einbau in den Wandler. Der Unterschied besteht darin, daß der Ringteil 22" zusätzlich oder alternativ mit wellenförmigen Verformungen 17" versehen ist. Dadurch wird die axiale Beweglichkeit des Zentralteils 21" verbessert.

Bezugszeichenliste

10

,

10

',

10

" Wandler

11

,

11

',

11

" Wandlerteil

12

,

12

" Achse

13

,

13

" Napf

14

,

14

' Radialflansch

15

Ringansatz

16

,

16

" Ringmagnet

17

" wellenförmige Verformungen von

22

" (

Fig.

5

)

18

,

18

',

18

" Außenabmessungen von

11

,

11

',

11

"

19

,

19

" axialer Schalldurchlaß

20

,

20

',

20

" Membran

21

,

21

',

21

" Zentralteil, Kalotte

22

,

22

',

22

" Ringteil, Sicke

23

,

23

" Spulensitz

24

,

24

" Wölbung von

21

,

21

"

25

,

25

',

25

" Durchmesser von

21

,

21

',

21

"

26

,

26

" Bogenprofil von

22

,

22

"

27

äußerer Umfangsrand von

20

28

,

28

" Befestigungskante für

20

,

20

"

29

,

29

',

29

" Ringbreite

30

,

30

',

30

" elektrische Spule

31

" Ringansatz bei

16

"

32

" Gehäuseoberteil von

10

"

33

" magnetische Feldquelle

34

" Schutzgitter bei

32

"

35

" Schutzgitter bei

11

"

36

Ringspalt

Claims (2)

1. Elektrodynamischer Schallwandler (10") mit einer in zwei unterschiedlich profilierte Teile gegliederten Membran (20"),
einem schallwirksamen, in der Membranmitte liegenden Zentralteil (21") mit einer kappenartigen Wölbung (24"), der sogenannten Kalotte,
und einem zur elastischen Aufhängung der Membran (20") dienenden, am Zentralteil (21") angrenzenden Ringteil (22"), der sogenannten Sicke,
wobei im ringförmigen Übergangsbereich zwischen dem Zentralteil (21") und dem Ringteil (22") ein Spulensitz (23") für eine Drahtspule (30") des Wandlers (10") angeordnet ist und der Spulensitz (23") die äußere Begrenzung des Zentralteils (21") ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Spulensitz (23") die äußere Begrenzung des Zentralteils (21") und diejenige des Ringteils (22") ist und den maximalen Außendurchmesser (25") der ganzen Membran (20") bestimmt,
und daß der Ringteil (22") axial unterhalb der kappenartigen Wölbung (24") vom Zentralteil (21") angeordnet ist und sich ausgehend vom Spulensitz (23") radial nach innen erstreckt.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringteil (22") ein Bogenprofil aufweist mit zusätzlichen wellenförmigen Verformungen (17").