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Diese
Erfindung bezieht sich auf elektro-akustische Signalumformer, die
als Lautsprecher mit Audiosignalumformer in Form einer besonders
dünnen
Membran dienen, die elektrische (Audio) Energie in Bewegung einer
Schall aussendenden Membran umwandeln.
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Diese
Signalumformer, die Planar-Lautsprecher oder auch Band-Lautsprecher
genannt werden, genossen in den letzten Jahren nicht die gleiche
Popularität
wie die Kegel-Lautsprecher – trotz
der überlegenen Leistung
der besagten Lautsprechertypen mit Membran, hauptsächlich wegen
ihrer hohen Kosten und unterschiedlichen Leistungsmerkmale.
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Die
herkömmlichen
Kegel- oder Kuppellautsprecher sind bekannt als elektromagnetische,
motorgetriebene Punktschallquelle.
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Bekannterweise
ist die akkurate Schallwiedergabe, der "Kolbenbetrieb" der Kegel oder Kuppeln nicht über deren
gesamten Wiedergabebereich gesichert, und infolgedessen kann keine
konstante Schallabgabe von der Oberfläche des Kegels oder der Kuppel
bestehen. Die Schallwellen, die von der Peripherie des Kegels oder
der Kuppel ausgestrahlt werden, können, verglichen zu dem von
den zentralen Bereichen ausgesandten Schall, jederzeit aus der Phase
fallen. Dieses ist eine der verzerrenden Eigenschaften der Kegel-Kuppellautsprechern,
verursacht durch den Modus der Aktivierung und die Form der den
Ton abstrahlenden Oberflächen. Eine
zusätzlicher
Verzerrung produzierender Faktor ist die bewegliche Masse des Kegels
oder der Haube, die in Übereinstimmung
mit der Wellenform des Audiostroms verschoben werden muß.
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Die
Bedürfnisse
des Audiosignals können
derart viel an Bewegungsgeschwindigkeit und Beschleunigung ausmachen,
daß (Schwungmasse)
Gewicht (Masse) der vibrierenden Teile ein großer Begrenzungsfaktor ist.
Infolgedessen wird die zu reproduzierte Wellenform besonders in
den Hochfrequenzen beeinträchtigt, da
die relativen Ansprüche
von dem elektromagnetischen Motor nicht erfüllt werden können, der
die schweren Kegel oder Kuppeln bewegt.
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Die
oben genannten Beeinträchtigungen
der motorgetriebenen Lautsprecher, wie kinetische Trägheit; Form
und Masse, werden zweifellos überwunden
durch die Membranlautsprecher, die über eine den Schall akkurat
abgebende Membran von geringer Masse und größerer Beweglichkeit über fast
den ganzen Bereich der vibrierenden Membran verfügen, wodurch eine wirklich
kolbenartige Erschütterung
verwirklicht wird. Die geringe Masse der Membran befolgt die Befehle
der Audiowellenform mit aussergewöhnlich geringem Aufwand und
die akustischen Resultate sind extreme Wiedergabetreue und Transparenz.
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Es
gibt zahlreiche Arten von Planarlautsprechern in Hi-Fi Systemen,
die sehr zufriedenstellende akustische Resultate geben. Die meisten
planaren Signalumformer, die in der kommerziellen Produktion gebraucht werden,
verwenden heute Polyester- oder Polyamidmembranen, die auf der Oberfläche mit
einer dünnen
Aluminiumschicht mit den parallelen Leitern bedampft sind. Die besagte
Membran wird gleichmäßig ausgedehnte durch
Reihen von Magneten, die die Membran mit den stromführenden
Leitern in einem 90°-Winkel
schneiden. Die Interaktion der Magnetlinien und des Magnetfeldes,
die durch die unter Strom stehenden Leiter verursacht werden, resultiert
in einer Kraft, die die Membran in Übereinstimmung mit der Stromrichtung
vorwärts
oder rückwärts bewegt,
an jeder möglichen
Augenblick des flüssigen
Audiostroms.
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So
ist die Membran mit den gegenwärtigen
tragenden Leitern der Motor und das präzise den Schall abgebende Element
der Planarlautsprecher.
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Die
Planarlautsprecher sind gekennzeichnet durch eindeutige Vorteile
bezüglich
der Leistung der Kegel-Kuppellautsprecher.
Planarlautsprecher verfügen über eine
breitere Bandbreite, linearen Phasengang, konstanten Widerstand,
verbesserte Übergangsfunktion
und niedrigere Verzerrung.
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Alle
diese Vorteile sind die Gründe
der akustischen Überlegenheit
der Planarlautsprecher. Besonders mit den heutigem digitale Medien
der Schallwiedergabe wie CDs, DVDs, SACD (Superaudio-CD), DAT usw., die
höhere
Ansprüche
an die zeitgenössischen
Lautsprechersysteme stellen, sind die besagten Vorteile unschätzbar. Jedoch
kommen hauptsächlich
Audiophile in den Genuß der
von den Planarmagneten gewährleisteten
Schallqualität,
durch nachdem sie die hohen Kosten für die besagten Lautsprecher
aufwenden.
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Die
hohen Kosten der Planarlautsprecher werden in gewisser Weise gerechtfertigt
durch ihre eindeutige akustische Überlegenheit. Die Enttäuschung
des Benutzers ist jedoch groß,
wenn die empfindliche vibrierende Membran, entweder durch mechanische
Fehlfunktion oder durch thermische Fehlfunktion der Spule ausfallen.
In dieser Situation ist die ganze kostspielige Struktur des Restes
des Planarlautsprechers unnütz, weil
funktionsunfähig.
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Derartige
Ausfälle
der Planarlautsprecher sind jedoch nicht vom Benutzer reparierbar.
Unter Umständen
wird die magnetische Struktur und tatsächlich der gesamte teuer bezahlte
Lautsprecher unbrauchbar. Sogar im seltenen Falle, dass der Lautsprecherhersteller
Reparaturarbeiten annimmt, hat der Benutzer Material, Arbeit und
Transportkosten zu tragen.
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Primäre Zielsetzung
der vorliegenden Erfindung ist, einen präzisen Planarlautsprecher mit
ausgezeichneten Leistungsmerkmalen zu bieten, dessen Funktionalität jederzeit
bewährleistet
und beibehalten wird:
- (A) Die austauschbare
Membran kann eine Vielzahl binärer,
ineinandergelegter Spulen tragen. Die Vorteile der binären ineinandergelegten
Spulen, dieser Erfindung und ihre Anwendungen werden im folgenden
Text bestmöglich
herausgestellt.
- (B) Einfaches Ersetzen der Membran durch den Benutzer im Feld,
ohne Notwendigkeit, gleich welche Leitungen zu manipulieren und
ohne Lötwerkzeug
im Reparaturfall oder zum Anbringen einer Membran mit unterschiedlichen
Eigenschaften.
- (C) Die austauschbaren Membran in einer Variante des Widerstandes – Widerstandeigenschaften
- (D) Die vollständige
Oberfläche
der binären
ineinandergelegten Spulen, die, in die zutreffende Richtung des Wortes
gefahren gefahren werden, so dass vorliegende Erfindung völlig verstanden
werden kann, Aussagen A, B, C, und D werden erläutert und mit Hilfe der Zeichnungen
völlig
aufgeklärt.
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In
der vorliegenden Erfindung wird der Wiedereinbau der Membran vom
Benutzer sehr einfach, ohne die Notwendigkeit zur Manipulierung
der Leitungen oder von Lötarbeiten,
anders als bei den vorgeschilderten Lautsprechermodellen.
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Bei
der vorher geschilderten Art der kommerziellen Planarlautsprecher
wird für
das Fahren eine einzelne Spule eingesetzt, demgegenüber bei
der vorliegenden Erfindung eine binäre, ineinandergelegte Spule für das simultane
Fahren. In der vorliegenden Erfindung wird die Membran, zusätzlich zum
einfachen Wiedereinbau im Feld, durch zwei die symmetrische ineinandergelegte
Spulenkonfigurationen gekennzeichnet, so der gleiche Bereich der
besagten Membran bedeckt wird, und gewährleistet ist, daß die zwei
Spulen in allen elektrischen Eigenschaften wie Widerstand, Induktanz
usw. absolut identisch sind. Diese binären ineinandergelegten Spulen
können,
in einer Vielzahl ähnlicher
mit B.I.C. bezeichneter Ausführungen,
auf die gleichen langen Membranspanner aufgebracht werden, um den
gewünschten
Niederfrequenzbetrieb zu erreichen. Ein langer und dünner Lautsprecher,
der in seiner Membran eine Vielzahl von binären, ineinandergelegten Spulen aufweist,
kann das Design des hybrid- Lautsprechertreibers mit Quelllinienverhalten
erreichen. Die beiden Spulen der vorliegenden Erfindung werden gekennzeichnet
durch Symmetrik und Gleichheit ihrer Parameter, die die Schaffung
einer Vielzahl von Kombinationen verschiedener Impedanznetze ermöglichen,
die als Ausgangslasten eines Verstärkers dienen können:
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Es
ist eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, dem Fachmann Flexibilität beim Anschließen mit beiden
Spulen in Reihe für
maximale Empfindlichkeit oder parallel für erhöhte Leistungsfähigkeit
zu ermöglichen.
Zusätzliche
Anschlußmöglichkeiten
der beiden Spulen sind wie folgt:
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Zusätzlich bietet
die Erfindung der binären
symmetrischen ineinandergelegten Spulen dem Fachmann die Möglichkeit,
und möchte
anspornen, neue Anwendungsmöglichkeiten
zu schaffen, wie z.B.:
- A) DDL. Direct Digital
Lautsprecher Schaltkreis
- B) Feedback-Optimizer Schaltkreis
- C) Magnetische Dämpfung
Schaltkreis
- D) Überkreuzung
bei zwei unterschiedlichen Frequenzen
- E) Gegentaktkonfiguration Schaltkreis
- F) Quelllautsprecher mit langer Leitung
- G) Andere erfinderische Anwendungen
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Ein
ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Art der
austauschbaren Membran und die Art und Weise der Aktivierung der
Spulen Leiter durch das magnetische Feld.
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Spezifisch
sind die halbkreisförmigen
Abschnitte der ineinandergelegten Spulen, die an den beiden Enden
der Längsmittellinie
der Membran nicht festgeklemmt sind, sondern sich frei bewegen,
und zusätzlich werden
die halbkreisförmigen
Abschnitte der Leiter durch die magnetischen Flußlinien genau wie der lineare Abschnitt
der Leiter geschnitten.
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Der
halbkreisförmige
Abschnitt wird so effektiv angetrieben, in strenger Übereinstimmung
mit der Auslenkung der linearen Abschnitte, folglich bewegt sich
der gesamte Bereich der Spulen kolbenartig.
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Unter
Anwendung des Ampere-Gesetzes für
die Kraft auf einem Leiter wird jeder Leiter der Länge (L), der
einen Strom (i) führt
und in einem magnetischen Feld (b) im rechten Winkel zu den Flußlinien
liegt, durch eine Kraft (f) verschoben, die proportional zur Flußdichte,
zum Strom und zur Länge
des Leiters ist. Die oben genannte Grundregel wird mathematisch
so ausgedrückt:
F = BLi, wobei F, B und i Vektorgrößen sind. Dieses ist die Grundregel,
die die Kraft regelt, die die Membran aller Planarlautsprecher verschiebt.
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Wenn
man das Ampere-Gesetz anwendet, sollte angemerkt werden, daß für jede mögliche Länge (L) des
Leiters die Richtungen F, B und i jeweils senkrecht zueinander stehen.
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5 zeigt diese Richtungen
entlang den drei geometrischen Axen, da das Gesetz an drei Punkten entlang
einer typischen Wendung unserer Membran überprüft wird, wodurch bestätigt wird,
der die Kraft (f) im linearen und halbkreisförmigen Abschnitt des Leiters
die gleiche Richtung hat, und so trägt der halbkreisförmige Abschnitt
aktiv zur präzisen
Schallabgabe bei.
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Durch 5 wird es offenbar gezeigt,
daß das
Ampere-Gesetz in der ganzer Länge
(L) unserer Membranleiter angewendet wird.
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Bei
den verschiedenen Membranlautsprechern der vorherigen Art tragen
die extremen Abschnitte ihrer länglichen
Spulen nicht aktiv zur Krafterzeugung bei, und in einigen Fällen sind
sie festgeklemmt und unbeweglich.
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Mit
Bezug auf US-PATENT Nr.
5.003.610 mit
dem Titel:
"Whole
surface driven speaker" eingetragen
auf die Fostex Korporation, Japan, sind folgende Anmerkungen zu machen:
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Der
Anspruch des Titels, daß die
gesamte Oberfläche "angetrieben" wird, scheint nicht
richtig zu sein, weil es Abschnitte der Extremitäten der Membranspule gibt,
die nicht wirklich angetrieben werden und keine Kraft produzieren.
Diese Abschnitte,
3 der
5.003.610 , werden einfach
durch den Rest der aktiven linearen Abschnitte durchgeführt, die
Kraft produzierend sind und das Gesetz F = xxxBLi befolgen.
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Mit
Bezug auf die Zeichnungen, und besonders 1, werden alle Hauptbestandteile gezeigt;
aus welchen die vorliegende Erfindung besteht und welche sind: der
obere Plattenpol 1, die Membran 2, der zentrale
Pol 3, der seitlichen Pole 4, die Neodymmagneten 5,
die für
den Aufbau des elektroakustischen Membran-Signalumformers in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung erforderlich sind. Die Bauteile 1, 3, 4 werden
aus weichem Eisen mit geringem Kohlestoffgehalt hergestellt. 2 zeigt die Bestandteile 1, 2, 3, 4, 5 montiert
und mit den beiden Lücken 22 ,
oberen Plattenpol 1 und zentralem Pol 3. Auf 2 erscheint die komplette
Signalumformerbaugruppe montiert in der Aluminiumhülle 6,
wie in Linie A-A' gezeigt
der 1, 1A in der Perspektive, im komplett montierten
Lautsprecher, und in den zwei montierten Abdeckungen 8, wodurch
der Kontakt jeder Spule mit der Membran, mit den jeweiligen Terminals 16 an
der Außenseite
jeder Plastikabdeckung B.
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Auf 1 wird die obere Platte 1 in
auf Hochglanz polierten Oberflächen
für möglichst
geringe magnetische Verluste dargestellt, gehalten von sechs Schrauben 1B am
seitlichen Pol 4. Nach diesem Zubehör von 1 bis 4,
werden die Neodymmagneten 5 zusammen mit dem zentralen
Pol 3 montiert, mit einem geeigneten Klebstoff. Dieses
Montageverfahren stellt sicher, daß die obere Platte 1 immer
der Südpol
der Magneten ist, und der zentrale Pol 3 der Nordpol. Es
wird vorausgesetzt, daß die
Richtung der magnetischen Flußlinien von
N nach S fließen,
wie in der Analyse von 5 gezeigt.
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Auf 2 und insbesondere bei Nut 23 des
oberen Teiles des zentralen Pols 3 sollten die zwei Gründe für das Bestehen
der Nut 23 angegeben werden. Zuerst überqueren die Flußlinien
die Lücken 22,
sie gehen meistens ab von den zwei Banken 21, der Nut 23 und
sehr wenige Leiter vom Bett 23 der Nut. Wenn die Nutgeometrie
in Verbindung mit Geometrie der zwei ineinandergelegten Spulen überprüft wird,
ist offensichtlich, daß der
zentrale Abschnitt der Membran 2A nicht durch Spule Leiter
umfaßt
wird und folglich alle Leiter, die diesen Abschnitt schneiden, überflüssig sind.
Auch werden alle Leiter, die vom inneren Teil der Nut 23 des
zentralen Pols 3 abgehen, dem nützlichen Teil der Flußlinien
hinzugefügt,
die von den Nutbanken 21 abgehen. Eine zusätzliche
Verwendungsfähigkeit
der Nut ist die Füllung
des Betts mit weichem Wollgarn, das das Bett "überläuft", und folglich bei
extremer Auslenkung der Membran als akustischer Dämpfer wirkt.
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Auf 1 sind die Elemente 1, 3, 4 und 5 montiert,
ist das magnetische System bereit, die austauschbare Membran 2 aufzunehmen.
Zwischen Membran 2 wird in Betriebsposition geschoben durch
Halten der Seite 2D und Schieben der langen Seiten 2C zwischen
den Polen 4 und der kurzen Seite 2B mit der Öffnung, bessere
sichtbar auf 4, und
erlaubt den Durchgang, ohne dass das dünne Teil 3A des zentralen
Pols 3 ein Hindernis bildet.
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Auf 1 die Magnetbaugruppe, die
aus einem oberen Plattenpol 1, einem Mittelpol 3 und
einem seitlichen Pol 4 und den Neodymmagneten 5 besteht,
kann jetzt in Aluminiumhülle 6 eingesetzt
werden und werden durch vier Sechskantbolzen 1A auf dem
oberen Pol 1 gehalten. Wie auf 2B gezeigt, indem jedes 1A gegen
die interne Oberfläche
des Vorderteiles der Aluminiumhülle 6 geschraubt
wird, drückt
der obere Pol 1 ein Eisenmetalblatt 7 zusammen,
welches als magnetische Abschirmung dient und gleichzeitig die Magnetbaugruppe
innerhalb des Aluminiums feststellt durch Verankerung an vier unterschiedlichem
Punkten 1A × 4, wie
auf 1, 2A.
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Mit
der Magnetbaugruppe innerhalb der Hülle 6 und festgestellt,
ist Membran 2, die auf 3 und 4 gezeigt wird, in Betriebsposition 4, und bereit, die federgelagerten
Kontakte 13 , 13C aufzunehmen, die auf 1 besser sichtbar sind und
den elektrischen Zugang von den Kontakten 16 der Außenseite bilden.
Auf 3 werden die zwei
Paare der Kontaktinseln 9, 9A und 10, 10A beziehungsweise
entsprechend den zwei ineinandergelegten Spulen 11 und 12 gezeigt.
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Um
das automatische in Verbindung treten der externen Anschlüsse 16 mit
den zwei Spulen 11 und 12 der austauschbaren Membran 2 wie
in 4 gezeigt zu verstehen,
ist es notwendig, erneut auf die Arbeitsweise der Signalumformerabdeckungen 8 einzugehen.
Beide Abdeckungen sind identische Plastikstücke und schließen das
Innere des Lautsprechers luftdicht ab. Dieses wird erreicht durch
ein weiches Dichtungsmaterial, das an der Unterseite der leitenden
Nut 17 gesetzt wird. Die leitende Nut 17 hat noch
eine andere Rolle inne, indem die während des Schließens auf
dem Rand der Aluminiumhülle
gleitet, und die Abdeckung zu ihrer Endposition geleitet, wo der
elektrischen Kontaktes stattfindet. Das Innere jeder Abdeckung wird
von den beiden Federn 14 gekennzeichnet, dem federgelagerten
Kontaktträger 13,
der in Form eines Kreuz ausgebildet ist und aus dem gleichen kupfernen
Verbundwerkstoff von 2 Millimeter Stärke wie bei den Leiterplatten
besteht.
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Kontaktträger 13 wird
unterteilt in zwei in Verbindung stehende kupferne Bereiche 13A entlang
der Längsachse,
an deren einer Seite ein Paar Blattgoldkontakte 13B, 13C, 1 aufgelötet sind, und auf der anderen
Seite vergelötet
sind mit einem Paar flexibler Leiter 15, deren freie Enden
in dem umschlagenden Teil der Terminals 16 befestigt sind,
und sich auf der Außenseite
auf die Plastikabdeckung 8 stützen.
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4 zeigt durch die gestrichelte
Linie den Weg oder die Wege der federgelagerten Kontakte und der
etwaige Kontakte mit den Kontaktinseln 10, 10A am
Ende der Signalumformerabdeckung. Die Federkompression beider Abdeckungen
an jeder Extremität
der Membran 2, durch die Kontaktinseln 9, 9A und 10, 10A außer dem
elektrischen Kontakt, der den Kontakt herstellt, halten sie Membran 2 fest
in der korrekten Betriebsposition. Diese Position bringen die zwei
Spulen 0.6 mm unterhalb der Unterseite der oberen Platte 1 und
0.6 mm über
die zwei Banken 21 des zentralen Pols 3.
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Mit
Hilfe von 5 und dem
Ampere-Gesetz stellen wir die elektromagnetische Kraft F fest, die
auf der typischen Wendel unserer Spule angewendet wird, und prüfen, daß jedes
Teil der Spule, linear und halbkreisförmig, durch eine in einer Richtung
verlaufenden Kraft angetrieben wird und daß die gesamte Spulenoberfläche in strenge Übereinstimmung
mit dem treibenden Audiosignal angetrieben wird.
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Die
Kraft F, die die Leiter der zwei verschachtelten Spulen aktiviert,
wird ausgedrückt
in mathematischen Ausdrücken:
F
= BLi, wobei
B = Flussdichte der magnetischen Leiter Kilo-Gauss,
Pfeile 19 geben die Flussrichtung an
L = Leiterlänge in Metern
i
= Strom in der Spule in Ampere, Pfeile 20 geben die Stromflussrichtung
im Leiter an
F = Kraft in Dynen, resultierend aus der Interaktion
der Pfeile B und i. F gibt die Kraftrichtung an.
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F,
B und i sind Vektorgrößen und
stehen nach dem Amber-Gesetz senkrecht zueinander. 5 zeigt die drei Vektoren F, B und i
entlang den drei geometrischen Achsen, an den Punkten entlang den
linearen Abschnitten der Spule 24 sowie den halbkreisförmigen Abschnitten
der Spule 24, wo die Perpendicularität von B und die Richtung von
i auf der Tangente des Angriffspunkts angewendet wird.
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Es
ist klar ersichtlich, daß mit
den Vektoren B und i in unveränderter
Richtung, zu gleich welchem Zeitpunkt der resultierende Kraftvektor
F, wie in drei unterschiedlichen Punkten auf Wendel einer Spule
zugetroffen, in gleicher Richtung liegt.
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Es
wird folglich die gesamte Oberfläche,
die durch die zwei ineinandergelegten Spulen umfaßt wird, durch
die Kraft F in genauer Übereinstimmung
mit dem Audiosignal kolbenartig bewegt.
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KURZE ERKLÄRUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 Explosionszeichnung, welche
die Bestandteile des Planarlautsprechers an seiner ersten Ausführung der
vorliegenden Erfindung veranschaulicht
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2 Schnitt durch die Linie
A-A' von 1 mit den Planarlautsprecherbestandteilen,
in Montageposition, und in der Aluminiumhülle angebracht.
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2A Perspektive des komplett
montierten Planarlautsprechers, der Aluminiumhülle und der zwei Abdeckungen
in Position
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2B Eine fragmentarische vergrößerte Ansicht
der oberen Platte und Aluminiumhülle,
welche die vor Ort vorzunehmende Reparatur des kompletten Signalumformers
innerhalb der Aluminiumhülle
zeigt
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3 Draufsicht der austauschbaren
Membran, mit der zweiten Ausführung
der vorliegenden Erfindungen; die binären ineinandergelegten Spulen 1 und 2.
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4 Perspektivansicht einer
dritten Ausführung,
die die Kontakt Insel und das federgelagerten Kontakte in Näherung zeigt.
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5 Eine fragmentarische vergrößerte Ansicht
eines Teils des Leiters in der Membran, stellend im Einfluß des magnetischen
Feldes die Lücken
und die in einer Richtung Kräfte
heraus und fungieren allen Teilen der Spule