DE69022474T2 - Electrodynamic voice coil transducer with a membrane. - Google Patents
Electrodynamic voice coil transducer with a membrane.Info
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen mit einer Membran versehenen elektroakustischen Signalumformer der elektrodynamischen Art mit beweglicher Spule zum Umformen elektrischer Signale in akustische Signale und zu deren Ausbreitung.The present invention relates to a membrane-equipped electroacoustic signal transducer of the electrodynamic type with a movable coil for converting electrical signals into acoustic signals and for propagating them.
Es ist bekannt, daß in elektroakustischen Wandlern zum Umwandeln elektrischer Signale in akustische Signale und zu deren Ausbreitung das schwingende Element, welches durch das Signal elektrisch angetrieben wird, aus einer Membran an dessen aktiver Oberfläche besteht, d.h. an der Oberfläche, die auf das üblicherweise aus Luft bestehende Übertragungsmedium einwirkt, wobei an deren Massenmittelpunkt ein Leiter des akustischen oder Schallstromes steif angebracht ist, d.h. eine bewegliche Spule, die wegen der Wechselwirkung zwischen dem akustischen Strom und einem konstanten magnetischen Fluß durch den Spalt, in dem der Leiter angeordnet ist, angetrieben wird.It is known that in electroacoustic transducers for converting electrical signals into acoustic signals and for propagating them, the vibrating element which is electrically driven by the signal consists of a membrane on its active surface, i.e. on the surface which acts on the transmission medium, usually consisting of air, at whose center of mass a conductor of the acoustic or sound current is rigidly attached, i.e. a movable coil which is driven due to the interaction between the acoustic current and a constant magnetic flux through the gap in which the conductor is arranged.
Im allgemeinen hat ein typischer Wandler für einen mittelhohen Bereich ein Diaphragma oder eine Membran, das bzw. die im wesentlichen aus einer aktiven, im wesentlichen steifen gekrümmten Oberfläche besteht, die für das bereitgestellte Frequenzspektrum in geeigneter Weise ausgelegt ist, und zwar starr mit einem abstützenden Rahmen, auf dem die bewegliche Spule starr befestigt ist.In general, a typical mid-range transducer has a diaphragm or membrane consisting essentially of an active, substantially rigid curved surface suitably designed for the frequency spectrum provided, rigidly connected to a supporting frame on which the movable coil is rigidly mounted.
Die Membran umfaßt darüber hinaus ein nachgiebiges Aufhängungssystem mit einer geeigneten Nachgiebigkeit für den wiederzugebenden Frequenzbereich; mit anderen Worten hat diese Nachgiebigkeit einen Wert, der in dem Parametersystem der Meinbran, z.B. den bereitgestellten Massen, den Zustand für eine lineare akustische Wiedergabe bis zu der maximalen Amplitude der angelegten Signale bestimmte, mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Reaktion über den gesamten Bereich; darüber hinaus wird ein peripheres Ringelement bereitgestellt, welches die beweglichen Teile an der starren Struktur der Einheit hält.The membrane further comprises a compliant suspension system with a compliance suitable for the frequency range to be reproduced; in other words, this compliance has a value which, in the parameter system of the membrane, e.g. the masses provided, determines the condition for a linear acoustic reproduction up to the maximum amplitude of the applied signals, with a substantially uniform response over the entire range; in addition, a peripheral ring element is provided which holds the moving parts to the rigid structure of the unit.
Insbesondere ist an der starren Oberfläche ein leichtes Legierungsblättchen vorgesehen, das als eine sphärische Kappe oder dergleichen ausgebildet ist, wohingegen das nachgiebige Aufhängungssystem ein üblicherweise aus einem dünnen Kunststoffmaterial bestehendes Ringelement aufweist, wobei dieses Material auch das Abstützelement der Aluminium-Drahtspule, die auf ihm gewickelt ist, und das Halteringelement bildet.In particular, the rigid surface is provided with a light alloy plate shaped as a spherical cap or the like, whereas the compliant suspension system comprises a ring element usually made of a thin plastic material, which material also forms the support element of the aluminum wire coil wound on it and the retaining ring element.
Für den Entwurf eines derartigen Systems ist es notwendig, einige praktische Anforderungen in Betracht zu ziehen, die durch die neuesten Entwicklungen auf dem Gebiet der Elektroakustik auferlegt werden (wie z.B. die große Ausweitung des dynamischen Aufzeichnungsbereichs) sowie die sich hieraus ergebende Zunahme der Gefahr aufgrund der erforderlichen strengen Leistungsfähigkeit, die dem System vom Standpunkt der Zuverlässigkeit aus auferlegt werden.In designing such a system, it is necessary to take into account some practical requirements imposed by the latest developments in the field of electroacoustics (such as the great extension of the dynamic recording range) and the consequent increase in risk due to the stringent performance requirements imposed on the system from a reliability point of view.
Die wichtigste Kenngröße für ein System im Betrieb ist die Fähigkeit dieses Systems, Leistung zu ertragen, d.h. seine Fähigkeit, unter extremen Bedingungen die qualitative und quantitative Effizienz weniger strenger Anforderungen beizubehalten, damit ein kontinuierlicher und gleichmäßiger Betrieb gewährleistet wird.The most important characteristic of a system in operation is the ability of that system to endure performance, i.e. its ability to maintain the qualitative and quantitative efficiency of less stringent requirements under extreme conditions, so as to ensure continuous and uniform operation.
Bei einem maximalen Leistungspegel ist unter den verschiedenen Bauteilen in der Kette von dem anfänglichen elektrischen Eingabesignal zu dem gewandelten akustischen Signal der Wandler des elektrischen Signals in das akustische Signal das am meisten beanspruchte Bauteil.At a maximum power level, among the various components in the chain from the initial electrical input signal to the converted acoustic signal, the converter of the electrical signal to the acoustic signal is the most stressed component.
Um diese Gedanken auf eine sehr elementare Ebene zu bringen (d.h., daß man - arithmetisch gesprochen - eine Verringerung auf die "kleinsten Anteile" durchführt), betrachte man ein System, bei dein der volle akustische Frequenzbereich in verschiedene Abschnitte praktisch unterteilt wurde, von denen jeder durch einen geeigneten charakteristischen Wandler gesteuert wird, und man betrachte ausschließlich den Wandler der Begrenzung des Bereichs am oberen Ende, z.B. von 3k bis 16kHz, d.h. denjenigen, für den der vorliegende Gedankengang klar und deutlich ist (natürlich unter der Annahme, daß der betrachtete Bereich nicht weiter unterteilt wird).To bring these thoughts to a very elementary level (ie, to carry out a reduction to the "smallest parts" - arithmetically speaking), consider a system in which the full acoustic frequency range is divided into different sections, each of which is controlled by a suitable characteristic transducer, and consider only the transducer limiting the range at the upper end, eg from 3k to 16kHz, ie the one for which the present reasoning is clear and obvious (assuming, of course, that the range under consideration is not further subdivided).
Für eine getreue Wiedergabe oder Playback ist, wie bereits gesagt, neben weiteren Anforderungen, die hier vernachlässigt werden, die Bereitstellung einer perfekten Linearität notwendig, d.h. ein gleichmäßiges Verhältnis des Wertes eines Parameters, z.B. die Leistung des eingegebenen elektrischen Signals, zu derjenigen des entsprechenden akustischen Signals am Ausgang des Wandlers; und zwar für alle der Frequenzen: was wiederum eine im wesentlichen gleichmäßige Reaktion über den gesamten Frequenzbereich bedeutet, d.h. mit einer Verschiebung von weniger als ±2 dB.As already stated, for a faithful reproduction or playback, among other requirements which are neglected here, it is necessary to provide perfect linearity, i.e. a uniform ratio of the value of a parameter, e.g. the power of the input electrical signal, to that of the corresponding acoustic signal at the output of the transducer, for all of the frequencies: which in turn means a substantially uniform response over the entire frequency range, i.e. with a shift of less than ±2 dB.
Wenn die Werte der charakteristischen Parameter des Wandlers, insbesondere diejenigen der beweglichen Anordnung, richtig ausgelegt wurden, um die gewünschten Kenngrößen bereitzustellen, kann es vorkommen, daß der zur Bildung der beweglichen Spule verwendete Leitungsdraht einen nicht ausreichenden Querschnitt zur Aufrechterhaltung der Stromdichte hat, die den maximalen Signalen einer rekursiven mittleren Dauer entspricht, was eine Überhitzung mit sich bringt; darüber hinaus hat der Membranaufbau eine nicht ausreichende Dicke, um den darauf ausgeübten Beanspruchungen durch die bewegliche Spule bei deren maximalen Verschiebungen zu widerstehen; andererseits kann ihre Masse nicht erhöht werden, um unter Berücksichtigung der Masse der beweglichen Spule ein Playback der oberen Grenze des Tonfrequenzbereichs praktisch ohne jeglichen Verlust zu ermöglichen.If the values of the characteristic parameters of the transducer, in particular those of the moving assembly, have been correctly designed to provide the desired characteristics, it may happen that the conductor wire used to form the moving coil has an insufficient cross-section to maintain the current density corresponding to the maximum signals of a recursive average duration, which leads to overheating; moreover, the diaphragm structure has an insufficient thickness to withstand the stresses exerted on it by the moving coil during its maximum displacements; on the other hand, its mass cannot be increased to allow, taking into account the mass of the moving coil, a playback of the upper limit of the audio frequency range with practically no loss.
Hieraus kann man schließen, daß, wenn der betrachtete Wandler unter extremen Bedingungen betrieben wird, wie es tatsächlich der Fall ist, es zu den schädlichsten Nachteilen kommt aufgrund von: a) Überhitzung der beweglichen Spule, welche den beweglichen Aufbau oder die Anordnung beschädigen kann, wegen der dabei auftretenden hohen Temperatur; b) vorzeitiger Abnutzung der Teile der Meinbranstruktur, die sehr großen mechanischen Spannungen unterliegen, was zur Erzeugung von Wärme führt, und zwar große Streck- und Bindungsverformungen, die für das nachgiebige Aufhängungssystem kennzeichnend sind, und hauptsächlich wegen einer sehr großen Zugspannung, der die Membran entlang ihrer Kopplungslinie mit der Membranhalteeinheit ausgesetzt ist, und zwar wegen momentanen Impulsen selbst mit mäßigem Wert, wobei all dies dazu beiträgt, den Wandler schnell betriebsunfähig zu machen.From this it can be concluded that if the converter in question is operated under extreme conditions, as is actually the case, the most harmful disadvantages occur due to from: a) overheating of the moving coil, which may damage the moving structure or assembly, due to the high temperature involved; b) premature wear of the parts of the membrane structure subjected to very high mechanical stresses, leading to the generation of heat, large stretching and binding deformations characteristic of the flexible suspension system and, above all, very high tensile stress to which the membrane is subjected along its coupling line with the membrane support unit, due to instantaneous impulses of even moderate value, all of which contribute to rapidly rendering the transducer inoperable.
Da es nicht möglich ist, in einem Wandler mit konstanter Charakteristik die Masse der Membran und der beweglichen Spule zu erhöhen, ohne das Ergebnis zu beeinträchtigen, besteht die einzige anzuwendende Lösungsmöglichkeit darin, die erzeugte Wärme wirkungsvoll und schnell abzuleiten, soweit möglich, um die Temperatur der Membran für die vorgesehene Betriebsart unter einem Gefahrenpegel zu halten.Since it is not possible to increase the mass of the diaphragm and the moving coil in a constant characteristic transducer without affecting the result, the only solution that can be applied is to dissipate the heat generated effectively and quickly, as far as possible, in order to keep the temperature of the diaphragm below a dangerous level for the intended mode of operation.
Die US-A-3 991 286 offenbart eine Wärmeableitungsvorrichtung für eine Lautsprecher-Schwingspule, bei der ein Meinbranelement z.B. aus thermisch leitfähigein metallischen Material hergestellt ist, feststehend angebracht an oder einstückig gebildet mit einer Spulenform ist, und an einem Rahmen mittels eines Spinnenelements nachgiebig getragen wird, das ebenfalls aus thermisch leitfähigem Material bestehen kann. Doch weist die Membranstruktur in einer derartigen Vorrichtung zumindest zwei Teile auf, nämlich das Meinbranelement und das Spinnenelement, die aneinander befestigt sein müssen, wodurch die effektive Leitfähigkeit der Anordnung verringert wird.US-A-3 991 286 discloses a heat dissipation device for a loudspeaker voice coil in which a membrane element is made, for example, of thermally conductive metallic material, is fixedly attached to or formed integrally with a coil form, and is resiliently supported on a frame by means of a spider element, which may also be made of thermally conductive material. However, the diaphragm structure in such a device comprises at least two parts, namely the membrane element and the spider element, which must be secured to one another, thereby reducing the effective conductivity of the arrangement.
Die DE-A-2 357 425 offenbart ein Verfahren zum Herstellen einer Lautsprechermembran aus Beryllium oder einer Legierung davon, d.h. eine Membran aus leichtem Material mit geringer Dichte, doch wird in ihr die Verwendung eines derartigen Materials zum Ableiten von Wärme in einem elektroakustischen Wandler weder gelehrt noch nahegelegt.DE-A-2 357 425 discloses a method for producing a loudspeaker membrane made of beryllium or an alloy thereof, ie a membrane made of light material with low density, but it does not disclose the use of such a material to dissipate heat in an electroacoustic transducer is neither taught nor suggested.
Die US-A-2 392 143 offenbart einen Lautsprecher, der eine akustische Metallmembran enthält, welche einen zentralen Schwingungsabschnitt und einen peripheren Aufhängungsabschnitt dafür radial von diesem Schwingungsabschnitt aus, Mittel zur Bereitstellung eines Kanals zwischen dem Schwingungsabschnitt und der Aufhängung und zur Ausbildung einer Verbindung dazwischen sowie eine an dieser Membran innerhalb des Kanals befestigte Schwingspule aufweist.US-A-2 392 143 discloses a loudspeaker comprising a metal acoustic diaphragm having a central vibrating portion and a peripheral suspension portion therefor radially from said vibrating portion, means for providing a channel between said vibrating portion and the suspension and for forming a connection therebetween, and a voice coil attached to said diaphragm within said channel.
Diese Art einer Membran kann aus einem einzigen oder aus zwei Stücken bestehen.This type of membrane can consist of a single or two pieces.
In einer Patentzusammenfassung von JP-A-58 30293 ist ein domartiger Lautsprecher offenbart, der eine Membran enthält, die nur aus einem Domabschnitt besteht und einen Randabschnitt hat, der mit einem Tragrahmen über ein weiches elastisches Material verbunden ist. Die Membran besteht zwar aus einem einzelnen Stück, hat jedoch keinen gewellten Abschnitt und muß mit zumindest einem Spulenformabschnitt für eine an der Membran zu befestigende Schwingspule vervollständigt werden. Ausserdem sorgt die offenbarte Anordnung für keinerlei Wärmeableitung.In a patent abstract of JP-A-58 30293, a dome-type loudspeaker is disclosed which includes a diaphragm consisting only of a dome portion and having a peripheral portion connected to a support frame via a soft elastic material. Although the diaphragm is made of a single piece, it has no corrugated portion and must be completed with at least one coil forming portion for a voice coil to be attached to the diaphragm. In addition, the disclosed arrangement does not provide any heat dissipation.
Die DE-A-21 10 466 offenbart eine Membran für einen Lautsprecher, doch fehlen dieser Membran die Riffelung und Spulenform; die Schwingspule ist unter der Membran angebracht.DE-A-21 10 466 discloses a membrane for a loudspeaker, but this membrane lacks the corrugation and coil shape; the voice coil is mounted under the membrane.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben erwähnten Probleme zu lösen, indem ein elektroakustischer Wandler bzw. Umformer der elektrodynamischen Art mit beweglicher Spule bereitgestellt wird, der ein Diaphragma oder eine Membran zum Umwandeln elektrischer Signale in akustische Signale und zu deren Verbreitung hat, der es ermöglicht, die erzeuge Wärme sowohl durch Strahlung als auch Leitung schnell abzuleiten, um die Temperatur unter einem Gefahrenpegel zu halten.It is therefore an object of the present invention to solve the above-mentioned problems by providing an electroacoustic transducer of the electrodynamic type with a moving coil, having a diaphragm or membrane for converting electrical signals into acoustic signals and for propagating them, which enables the heat generated to be rapidly dissipated both by radiation and conduction. to keep the temperature below a dangerous level.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Diaphragma oder eine Membran für einen akustischen Wandler bereitzustellen, die leicht hergestellt werden kann und die ausgelegt ist, um strengen Einsatzbedingungen zu widerstehen, während sie gleichzeitig eine größere Leistungsfähigkeit als herkömmliche Diaphragmen oder Membranen aufweist.Another object of the invention is to provide a diaphragm or membrane for an acoustic transducer that can be easily manufactured and that is designed to withstand severe service conditions, while at the same time having greater performance than conventional diaphragms or membranes.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen elektroakustischen Wandler mit einer Membran bereitzustellen, die sehr zuverlässig und im Einsatz flexibel ist und darüber hinaus von einem rein wirtschaftlichen Standpunkt aus sehr konkurrenzfähig ist.A further object of the present invention is to provide an electroacoustic transducer with a membrane which is very reliable and flexible in use and, moreover, is very competitive from a purely economic point of view.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die obenstehenden und weitere Aufgaben durch einen elektroakustischen Wandler mit einer Membran gelöst, welche aufweist:According to the present invention, the above and other objects are achieved by an electroacoustic transducer with a membrane which has:
- einen Polabschnitt oder ein Polende;- a pole section or a pole end;
- eine Trageinheit aus Metall, die den Polabschnitt umgibt und mit diesem einen freien Raum umschließt;- a metal support unit that surrounds the pole section and encloses a free space with it;
- eine oberhalb des Polabschnitts liegende und diesen umgebende Membran, die einen an der Peripherie liegenden Ringabschnitt besitzt, der mit seinem Außenrand an der Trageinheit befestigt ist;- a membrane located above and surrounding the pole section, which has a peripheral ring section which is attached to the support unit by its outer edge;
- eine an der Membran befestigte, elektrisch leitende Schwingspule, wobei die Membran aus einem einzigen Stück aus einem Metall mit hoher thermischer Leitfähigkeit besteht und einen zum peripheren Ringabschnitt angrenzenden gewellten oder geriffelten Abschnitt, einen an der entgegengesetzten Seite des gewellten oder geriffelten Abschnitts ausgehend vom peripheren Ringabschnitt vorgesehenen zylindrischen Abschnitt und einen an einem Ende des zylindrischen Abschnitts sich in Querrichtung erstreckenden hauben- oder kappenartigen Abschnitt besitzt, wobei die leitende Schwingspule am zylindrischen Abschnitt der Membran angebracht ist und mit dieser in enger Verbindung steht;- an electrically conductive voice coil secured to the diaphragm, the diaphragm being made of a single piece of a metal with high thermal conductivity and having a corrugated or ridged portion adjacent to the peripheral ring portion, a cylindrical portion provided on the opposite side of the corrugated or ridged portion extending from the peripheral ring portion, and a hood or cap-like portion extending transversely at one end of the cylindrical portion, the conductive voice coil being secured to the cylindrical portion of the membrane and is in close contact with it;
dadurch gekennzeichnet, daß der gewellte oder geriffelte Abschnitt der Membran aus einer Mehrzahl von spiralförmigen Wellungen gebildet ist, die eine elastische Aufhängung oder ein Aufhängesystem bilden, und daß diese nachgiebige Aufhängung mit einem Dämpfer aus Gummi oder einem anderen elastomeren Material mit ähnlichen Eigenschaften versehen ist, der symmetrisch zur Aufhängung angeordnet ist.characterized in that the corrugated or ribbed portion of the membrane is formed from a plurality of spiral corrugations forming a resilient suspension or suspension system, and that this resilient suspension is provided with a damper made of rubber or another elastomeric material with similar properties, which is arranged symmetrically to the suspension.
Somit überträgt der akustische Stromleiter die durch den akustischen Strom erzeugte Wärme auf die Membran, wobei diese Wärme zu derjenigen addiert wird, die in der Membran hauptsächlich aufgrund der Verformung des nachgiebigen Systems während des Betriebs erzeugt wird; wobei die Wärme rasch durch die Metallmembran absorbiert und durch Abstrahlung in die Luft und durch Leitung durch die angrenzenden Massen wirkungsvoll abgeleitet wird, so daß die Temperatur unter einem eingestellten gefährlichen Pegel bleibt.Thus, the acoustic current conductor transfers the heat generated by the acoustic current to the diaphragm, this heat being added to that generated in the diaphragm mainly due to the deformation of the compliant system during operation; the heat being rapidly absorbed by the metal diaphragm and efficiently dissipated by radiation into the air and by conduction through the adjacent masses, so that the temperature remains below a set dangerous level.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Offenbarung des vorliegenden Diaphragmas oder der Membran, die anhand eines veranschaulichenden, jedoch nicht einschränkend aufzufassenden Beispiels in den Figuren der begleitenden Zeichnung dargestellt ist, wobei:Further features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed disclosure of the present diaphragm or membrane, which is shown by way of illustrative but non-limiting example in the figures of the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht ist, die ein erstes Ausführungsbeispiel des erf indungsgemäßen Wandlers zeigt;Fig. 1 is a schematic cross-sectional view showing a first embodiment of the converter according to the invention;
Fig. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wandlers zeigt;Fig. 2 shows another embodiment of the converter according to the invention;
Fig. 3 eine Grundrißansicht der in Fig. 1 gezeigten Membran von oben ist;Fig. 3 is a plan view of the membrane shown in Fig. 1 from above;
Fig. 4 eine Ansicht der in Fig. 1 gezeigten Membran von unten ist; wobei in dem offenbarten Ausführungsbeispiel die Membran an ihrer Trageinheit über eine nachgiebige Dichtung verankert ist;Fig. 4 is a bottom view of the diaphragm shown in Fig. 1; in the disclosed embodiment, the diaphragm is anchored to its support unit via a compliant seal;
Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wandlers darstellt;Fig. 5 shows a further embodiment of the converter according to the invention;
Fig. 6 ein Schaubild des Membran-Frequenzgangs zeigt, bei dem auf der Abszissenachse die Frequenzen und auf der Ordinatenachse die Drücke in dB gezeigt sind.Fig. 6 shows a diagram of the membrane frequency response, with the frequencies shown on the abscissa axis and the pressures in dB on the ordinate axis.
Wie man anhand der Figuren der begleitenden Zeichnung sieht, sind das in dem erfindungsgemäßen Wandler verwendete Diaphragma oder die Membran dadurch gekennzeichnet, daß jeder Abschnitt der Membran aus einem sehr guten wärmeleitenden Material mit einer sehr geringen Dichte und geeigneten mechanischen Kenngrößen besteht.As can be seen from the figures of the accompanying drawing, the diaphragm or membrane used in the transducer according to the invention is characterized in that each section of the membrane is made of a very good heat-conducting material with a very low density and suitable mechanical characteristics.
Aus anfänglichen Versuchen an der Membran erwies sich eine Aluminiumlegierung mit einem hohen Magnesiumgehalt als vorzüglich; doch erforderte die Verarbeitung einer derartigen Legierung zur Gewinnung einer für die Massenproduktion geeigneten Membran einen enormen Entwurfsaufwand und ein spezielles Verarbeitungsverfahren, um aus einem blattförmigen Element wie dem erwähnten mit einer Dicke von einigen 1/100 mm, das hoch kaltverfestigt werden kann, einen dreidimensionalen Gegenstand mit unterschiedlichen und teilweise entgegengesetzten Eigenschaften zu erhalten, die je nach der Funktion der verschiedenen Teile verteilt sind.Initial experiments on the membrane showed that an aluminium alloy with a high magnesium content was the best choice; however, processing such an alloy to obtain a membrane suitable for mass production required an enormous design effort and a special processing process in order to obtain, from a sheet-like element such as the one mentioned, with a thickness of a few 1/100 mm, capable of high work hardening, a three-dimensional object with different and sometimes opposite properties distributed according to the function of the various parts.
Wie in Fig. 1 gezeigt, wird die allgemein mit 1 bezeichnete Membran an einer allgemein mit der Bezugsziffer 2 bezeichneten Membran-Trageinheit angebracht.As shown in Fig. 1, the diaphragm, generally designated 1, is attached to a diaphragm support unit, generally designated 2.
Die Membran hat eine mittige Kappe 10 oder aktive Membranoberfläche mit einem im wesentlichen starren Aufbau für das betreffende Frequenzspektrum; von der Zone 10 erstreckt sich ein zylindrischer Abschnitt 11, an dem eine bewegliche Spule 12 befestigt ist, die mit dem Metallmaterial der Membran in engem Kontakt ist, so daß die durch die Spule erzeugte Wärme rasch und wirkungsvoll absorbiert und verteilt wird, und zwar sowohl durch Strahlung als auch durch Leitung durch die Metallmasse, an der die Membran verankert ist.The diaphragm has a central cap 10 or active diaphragm surface of substantially rigid construction for the frequency spectrum concerned; from the zone 10 extends a cylindrical portion 11 to which is attached a movable coil 12 which is in intimate contact with the metal material of the diaphragm so that the heat generated by the coil is rapidly and effectively absorbed and dissipated both by radiation and by conduction through the metal mass to which the diaphragm is anchored.
Die Membran weist weiterhin einen gewellten Abschnitt auf, der ein nachgiebiges Aufhängungssystem darstellt, das mit 15 bezeichnet ist und ein peripheres Ringelement 16 enthält, das unter dem oberen flachen Abschnitt 3 der Einheit 2 gekoppelt ist, die einen mittigen Permanentmagneten 4 enthält, der in dem aus Eisen mit hoher Permeabilität gefertigten und aus den Abschnitten 2, 3, 5 und 6 bestehenden magnetischen Kreis angeordnet ist.The membrane further comprises a corrugated section constituting a compliant suspension system, indicated at 15, and comprising a peripheral ring element 16 coupled beneath the upper flat section 3 of the unit 2, which comprises a central permanent magnet 4 arranged in the magnetic circuit made of high permeability iron and consisting of sections 2, 3, 5 and 6.
Die so ausgelegte Membran wurde strengen Betriebsversuchen und extremen Bedingungen ausgesetzt, und man fand heraus, daß diese Membran in bezug auf herkömmliche Membranen sehr leistungsstarke Kenngrößen hatte.The membrane thus designed was subjected to rigorous operational tests and extreme conditions and it was found that this membrane had very high performance characteristics compared to conventional membranes.
Die Aluminiumlegierung, die zur Herstellung der betreffenden Membran verwendet wurde, ist AlMg7 mit einer Dicke von 0,05 mm; die Membran wurde gemäß den drei Ausführungsbeispielen für 500 bis 8.000, 800 bis 10.000 und 2.000 bis 16.000 Hz konstruiert, und zwar mit einer aktiven Oberfläche mit konvexer und konkaver Kappenkonfiguration mit einem jeweiligen Durchmesser von 55, 50 und 34 mm. In diesem Zusammenhang dürfte klar sein, daß zu der Herstellung der Membran eine andere Legierung verwendet werden kann, vorausgesetzt sie hat die oben festgelegten Kenngrößen.The aluminum alloy used to manufacture the membrane in question is AlMg7 with a thickness of 0.05 mm; the membrane was designed according to the three examples for 500 to 8,000, 800 to 10,000 and 2,000 to 16,000 Hz, with an active surface with a convex and concave cap configuration with a diameter of 55, 50 and 34 mm respectively. In this context, it should be clear that another alloy can be used to manufacture the membrane, provided it has the characteristics defined above.
Da, wie in Fig. 2 gezeigt, die Membran aus einem einzigen Stück besteht, wobei die drei Bestandteile oder deren Teile in der genauen Reihenfolge aktive Oberfläche, Spalt für bewegliche Spule, peripheres nachgiebiges Ringelement angeordnet sind, ist die aktive Oberfläche oben und die nachgiebige Aufhängungszone unter dem den magnetischen Kreis schließenden flachen Abschnitt angeordnet.Since, as shown in Fig. 2, the membrane consists of a single piece, with the three components or their parts in the exact order active surface, gap for movable Coil, peripheral compliant ring element are arranged, the active surface is arranged at the top and the compliant suspension zone is arranged below the flat section closing the magnetic circuit.
Dann wird beim Zusammenbau die Membran in ihrer Stellung vor dem flachen Abschnitt angeordnet, wodurch verhindert wird, daß die Membran entfernt und ersetzt wird, ohne die Einheit zu entmagnetisieren, wobei der Zusammenbau nicht ohne weiteres außerhalb der Werkstatt durchgeführt werden kann und in der Einheit die Bereitstellung einer Feldspule erfordert: Doch ergibt sich aus dieser ungewünschten Eigenschaft kein Nachteil für die Zuverlässigkeit der Vorrichtung.Then, during assembly, the diaphragm is placed in position in front of the flat section, which prevents the diaphragm from being removed and replaced without demagnetizing the unit, which assembly cannot easily be carried out outside the workshop and requires the provision of a field coil in the unit: however, this undesirable feature does not result in any detriment to the reliability of the device.
Wie in Fig. 2 gezeigt, wird durch die allgemein mit der Bezugsziffer 20 bezeichnete Membran gemäß einem komplexeren und verfeinerten Ausführungsbeispiel die erfindungsgemäße Idee in die Praxis umgesetzt.As shown in Fig. 2, the membrane generally designated by the reference numeral 20, according to a more complex and refined embodiment, puts the inventive idea into practice.
Hier ist das blattförmige Element 20 zwischen der nachgiebigen Zone und der Kappe angeordnet, die stets die in Fig. 1 verwendeten Bezugsziffern tragen, und zwar mit einer Schleife 21 zur Aufnahme der beweglichen Spule. Vom Standpunkt der Konstruktion muß das blattförmige Element auf sich selbst schleifenförmig umgeschlagen werden, um durch eine zweite Schicht den schon gebildeten zylindrischen Abschnitt, die Basis der Kappe, zu erreichen und abzudecken, und muß daraufhin um 90º gebogen werden, um das nachgiebige Aufhängungssystem zu bilden, das in dem offenbarten Fall vorteilhaft elf spiralförmige Kräuselbeinchen aufweist, die in dem Metallinaterial in den darüberliegenden und darunterliegenden Abschnitten symmetrisch eingekerbt sind, um den statischen ebenen Zustand des Ringelements gleichzeitig unverändert zu halten.Here, the leaf-shaped element 20 is arranged between the flexible zone and the cap, which always bear the reference numerals used in Fig. 1, with a loop 21 for housing the mobile coil. From a construction point of view, the leaf-shaped element must be folded over on itself in a loop to reach and cover, through a second layer, the cylindrical section already formed, the base of the cap, and must then be bent through 90º to form the flexible suspension system, which in the case disclosed advantageously comprises eleven spiral curling legs symmetrically notched in the metal material in the overlying and underlying sections, so as to keep the static planar state of the ring element unchanged at the same time.
Der sich von der Kappenbasis erstreckende zylindrische Abschnitt mit einem sehr schmalen Spalt zwischen den beiden ihn bildenden Abschnitten ist so ausgelegt, daß er die bewegliche Spule gerade aufnehmen kann: außerhalb oder innerhalb von ihm oder vorzugsweise in dem Spalt zwischen den beiden Metallschichten.The cylindrical section extending from the cap base with a very narrow gap between the two sections forming it is designed to just accommodate the movable coil: outside or inside it or preferably in the gap between the two metal layers.
Fig. 5 zeigt eine unterschiedliche Membran 30, die vom Entwurf her ähnlich der in Fig. 1 gezeigten ist, mit einer einzigen Abwandlung bei der Form des mittigen Polschuhs des magnetischen Kreises, da oberhalb des Polschuhs unter der Membrankappe ein festes Element aus einem nichtmagnetischen Material angeordnet ist, welches das Profil in einem kleinen Abstand festlegt, um eine kleine Volumenkompression-Kammer bereitzustellen, die so ausgelegt ist, um die Steifigkeit der beweglichen Anordnung zu erhöhen (ohne deren mechanische Festigkeit zu beeinträchtigen), um einen gleichmäßigeren Frequenzgang über dem gesamten Bereich zu erzeugen.Fig. 5 shows a different diaphragm 30, similar in design to that shown in Fig. 1, with a single variation in the shape of the central pole piece of the magnetic circuit, since above the pole piece, under the diaphragm cap, there is a fixed element made of a non-magnetic material which fixes the profile at a small distance to provide a small volume compression chamber designed to increase the rigidity of the movable assembly (without compromising its mechanical strength) to produce a more uniform frequency response over the whole range.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat für einen Wellenbereich von 1.000 bis 20.000 Hz die aktive Oberfläche der Membran eine sphärische Kappenforin mit einem Basisdurchmesser von 34 mm, wobei das Gewicht des beweglichen Abschnitts der Membran 510 mgr ist.According to a preferred embodiment, for a wave range of 1,000 to 20,000 Hz, the active surface of the membrane has a spherical cap shape with a base diameter of 34 mm, the weight of the movable portion of the membrane being 510 mgr.
Die Membran besteht aus einer AlMg7-Legierung mit einem Gummidämpfer an dem peripheren Ringelement der gewellten Abschnitte; die bewegliche Spule hat 30 Wicklungen auf zwei Schichten aus Kupferdraht mit 0,12 mm Durchmesser und hat bei 800 Hz eine Impedanz von 8 ohm.The diaphragm is made of AlMg7 alloy with a rubber damper on the peripheral ring element of the corrugated sections; the moving coil has 30 turns on two layers of 0.12 mm diameter copper wire and has an impedance of 8 ohms at 800 Hz.
Es hat sich gezeigt, daß, wenn die Werte der anderen Parameter gleich bleiben, beim Ändern des Krümmungsradius der Kappe von 35 auf 20 mm die Hauptresonanz an der Obergrenze des akustischen Bereichs von 9.500 zu 35.000 Hz mit einem vernachlässigbaren Verlust der akustischen Frequenzen vor dem Resonanzbereich übergeht.It has been shown that, if the values of the other parameters remain the same, when the radius of curvature of the cap is changed from 35 to 20 mm, the main resonance at the upper limit of the acoustic range passes from 9,500 to 35,000 Hz with a negligible loss of the acoustic frequencies before the resonance range.
Darüber hinaus muß die gezeigte Aufzeichnung, die sich auf den Wandler von Fig. 1 bezieht, mit großer Vorsicht betrachtet werden, da die Membranen mit im wesentlichen ungleichmäßigem Aufbau die von dem Wandler von Fig. 2 erhaltenen Frequenzgänge darstellen, welche nicht abgewandelt wurden, wobei die Membranen einen Kappen-Krümmungsradius von jeweils 23 und 29 mm haben.Furthermore, the recording shown, which refers to the transducer of Fig. 1, must be viewed with great caution, since the membranes with substantially non-uniform structure affect the frequency responses obtained by the transducer of Fig. 2. which have not been modified, with the membranes having a cap curvature radius of 23 and 29 mm respectively.
Bei den oben erwähnten Diagrammen sind die Frequenzgang-Diagramme mit sehr hoher Gleichmäßigkeit gezeigt, welche aus den gleichen Wandlern gewonnen wurden, indem man in beiden Fällen die Steifigkeit des Systems des beweglichen Aufbaus in geeigneter Weise erhöhte, ohne dessen mechanische Festigkeit und somit dessen Impedanz zu erhöhen: dies wurde erreicht, indem man in den hinteren Hohlraum der Membrankappe eine Kompressionskammer bereitstellte, welche für die beiden Fälle in geeigneter Weise ausgelegte Größen- und Formkenngrößen hat. Insbesondere bewirkt die sich ergebende größere Steifigkeit in verschiedenen Punkten des Spektrums eine selektive Kompensation der unterschiedlichen Leistungsfähigkeit der Membran an diesem Punkt, so daß ein im wesentlichen gleichmäßiger akustischer Ausgangsdruck erzeugt wird.In the above mentioned diagrams are shown the frequency response diagrams with very high uniformity obtained from the same transducers by increasing in both cases the stiffness of the system of the moving structure in a suitable manner without increasing its mechanical strength and therefore its impedance: this was achieved by providing in the rear cavity of the membrane cap a compression chamber having size and shape characteristics suitably designed for the two cases. In particular, the resulting greater stiffness at different points of the spectrum causes a selective compensation of the different performance of the membrane at that point, so that a substantially uniform acoustic output pressure is produced.
Aus der obigen Offenbarung ergibt sich, daß die vorliegende Erfindung das beabsichtigte Ziel erreicht und die Aufgaben löst.From the above disclosure, it is apparent that the present invention achieves the intended aim and objects.
Insbesondere muß die Tatsache herausgestellt werden, daß die vorliegende Membran, die aus einem sehr dünnen einstückigen blattförmigen Element hergestellt wird, gegenüber herkömmlichen Membranen große Vorteile mit sich bringt, und zwar insbesondere in bezug auf die Gleichförmigkeit der Kenngrößen der Abschnitte der einzelnen Membran.In particular, it must be emphasized that the present membrane, which is made from a very thin, one-piece sheet-like element, offers great advantages over conventional membranes, particularly with regard to the uniformity of the characteristics of the sections of the individual membrane.
Die Erfindung wurde zwar anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele offenbart und dargestellt, es ist jedoch klar, daß die offenbarten Ausführungsbeispiele auf verschiedene Arten im Bereich des Umfangs der beigefügten Ansprüche abgewandelt und verändert werden können.Although the invention has been disclosed and illustrated in terms of preferred embodiments, it will be understood that the disclosed embodiments may be modified and varied in various ways within the scope of the appended claims.
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