DE69712050T2

DE69712050T2 - Lautsprecher und Tonwiedergabeanordnung mit einem solchen Lautsprecher

Info

Publication number: DE69712050T2
Application number: DE69712050T
Authority: DE
Inventors: Masao Fujihira; Jun Kishigami; Takahiro Muraguchi
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-05-28
Filing date: 1997-05-21
Publication date: 2002-11-14
Anticipated expiration: 2017-05-22
Also published as: DE69712050D1; EP0891117A3; EP0810810A3; EP0810810A2; EP0810810B1; JPH1051888A; EP0891117B1; DE69731912D1; DE69731912T2; US6160894A; EP0891117A2

Description

Die Erfindung betrifft ein Lautsprechergerät für die akustische Wiedergabe und ein Tonwiedergabesystem mit einem solchen Lautsprecher.
Es wurden verschiedene Lautsprechertypen für die akustische Wiedergabe konzipiert und praktisch ausgeführt.
Lautsprechereinheiten wurden in der Praxis als elektromagnetisch gekoppelte Lautsprecher (Lautsprecher mit elektromagnetischer Induktion) ausgeführt, in denen ein Magnet z. B. sandwichartig zwischen einem zentralen Polstück gefaßt ist, das in einem Joch und einer Platte angeordnet ist, die einen Magnetkreis mit einem zwischen dem zentralen Polstück und der Platte liegenden Luftspalt bilden. In dem Luftspalt des Magnetkreises ist eine Primärspule an dem zentralen Polstück oder an der Platte fixiert, und in dem Luftspalt ist eine als Kurzschlußspule ausgebildete Sekundärspule an einer Schwingungsplatte so befestigt, daß sie der Primärspule gegenüberliegt.
In einem solchen elektromagnetisch gekoppelten Lautsprecher induziert ein durch die Primärspule fließenden Signalstrom in der Sekundärspule einen sekundären elektrischen Strom. Durch die Interaktion zwischen dem in dem Luftspalt des Magnetkreises auftretenden magnetischen Fluß wird in der Sekundärspule nach Flemings Linke-Hand-Regel nach Maßgabe des sekundären elektrischen Stroms eine Antriebskraft erzeugt, die eine Auslenkung der Schwingungsplatte bewirkt, an der die Sekundärspule befestigt ist. Auf diese Weise wird die Schwingungsplatte bewegt und dadurch ein Ton erzeugt.
Die Vorteile dieses elektromagnetisch gekoppelten Lautsprechers sind eine hervorragende Wärmeabführung und die Widerstandsfähigkeit gegen große Eingangssignale, weil die Primärspule, durch die der Signalstrom fließt, an einem zentralen Polstück oder an einer Plätte befestigt ist, die aus einem Magnetwerkstoff, wie Eisen, hergestellt sind. Wenn die Sekundärspule, die eine Kurzschlußspule bildet, aus einem nichtmagnetischen, leitfähigen Material hergestellt ist, z. B. als zylindrisches Teil mit der Länge einer Windung, das z. B. aus Aluminium hergestellt ist, können außerdem die Verzerrungen reduziert werden.
Aus EP-A-0 605 400 ist ein solcher elektromagnetisch gekoppelter Lautsprecher bekannt.
Es ist außerdem ein dynamischer (elektrisch leitender) Lautsprecher bekannt mit einer Schwingspule, die in dem Luftspalt eines Magnetkreises angeordnet ist. In diesem dynamischen Lautsprecher wird die elektrische Leistung einer Schwingspule zugeführt. Die Schwingspule ist mit Hilfe eines Spulenverlängerungsdrahts aus Litzendraht mit einem an einem Lautsprecherkorb vorgesehenen Eingangsanschluß verbunden, so daß keine unerwünschte Schwingung und kein unerwünschter Widerstand auf das Schwingungssystem, einschließlich der Schwingspule, einwirken.
Man hat außerdem in Betracht gezogen, die Schwingspule bei diesem dynamischen Lautsprecher in Abschnitte zu unterteilen, die der Bitzahl eines digitalen Tonsignals entsprechen, und die betreffenden Spulen direkt durch die entsprechenden Datenbits des digitalen Tonsignals anzusteuern.
Wie oben beschrieben wurde, gehören eine hervorragende Wärmeabgabe und die Widerstandsfähigkeit gegen große Eingangssignale sowie die Fähigkeit, Verzerrungen zu reduzieren, zu den Vorteilen des elektromagnetisch gekoppelten Lautsprechers. Wenn die Breite des Luftspalts in dem Magnetkreis größer wird, nimmt jedoch die magnetische Empfindlichkeit der Primärspule und der Sekundärspule ab. Es ist deshalb nicht möglich, die Windungszahl der Primärspule und der Sekundärspule zu erhöhen.
Deshalb ist es nicht möglich, die Induktivitäten der Primärspule und der Sekundärspule zu vergrößern, und die elektromagnetische Kopplungskraft, durch die der durch die Primärspule fließende Signalstrom in der Sekundärspule einen sekundären elektrischen Strom induziert, nimmt bei niedrigen Frequenzen unterhalb einiger Kilohertz ab. Deshalb ist z. B. eine angemessene Wiedergabe z. B. von 1 kHz bis 20 Hz, die für die Tonwiedergabe erforderlich ist, nicht möglich. Infolgedessen wird der elektromagnetisch gekoppelte Lautsprecher hauptsächlich als Lautsprecher für die Wiedergabe von hohen Tönen eingesetzt.
Auf der anderen Seite ist in einem dynamischen Lautsprecher, wie oben beschrieben, eine Schwingspule mit Hilfe eines aus Litzendraht bestehenden Spulenverlängerungsdrahts mit einem an dem Lautsprecherkorb vorgesehenen Eingangsanschluß verbunden. Weiterhin wurde erwogen, die Schwingspule von dynamischen Lautsprechern in Abschnitte für die Bitzahl eines digitalen Tonsignals zu unterteilen und die betreffenden Spulen direkt durch die Daten der einzelnen Bits des digitalen Tonsignals anzusteuern.
Derzeit ist es jedoch übliche Praxis, bei der Digitalisierung eines Tonsignals das digitale Tonsignal mit 16 Bit zu bilden, um eine naturgetreue Wiedergabe zu erreichen. Aus diesem Grund benötigt man 16 Paare von Spulenverlängerungsdrähten (d. h. 32 Drähte) für einen Lautsprecher, wenn die Schwingspule eines dynamischen Lautsprechers mit einem digitalen Tonsignal angesteuert wird.
Da jedoch der Litzendraht, der den Spulenverlängerungsdraht bildet, mit der Vibration der Schwingspule stark mitschwingt, weil der Litzendraht von einem sich bewegenden Objekt, nämlich einer sich bewegenden Schwingspule, ausgeht, ist es nicht möglich, den Abstand zwischen ihnen zu verringern. Es ist deshalb sehr schwierig, eine große Zahl von beispielsweise 32 Litzendrähten in einem Lautsprecher anzuordnen. Es ist insbesondere schwierig einen Lautsprecher mit kleinen Abmessungen herzustellen.
Als Alternative beschreibt WO-A-86 03927 ein Verfahren, bei dem ein digitales Eingangssignal in ein diskretes analoges Abtastsignal umgewandelt wird, das dann selektiv bei der Abtastfrequenz des digitalisierten Signals verstärkt und für die Ansteuerung eines Lautsprechers verwendet wird.
Die vorliegende Erfindung hat sich dementsprechend das Ziel gesetzt, bei einen elektromagnetisch gekoppelten Lautsprecher eine Wiedergabe bis zu niedrigen Frequenzen zu ermöglichen.
Die Erfindung sieht ein Lautsprechergerät vor
mit einer Lautsprechereinheit, die eine Primärspule aufweist, welche in der Nähe eines Luftspalts in einem mit diesem Luftspalt ausgebildeten Magnetkreis angeordnet und relativ zu dem Luftspalt fixiert ist, und die ferner eine Sekundärspule aufweist, die in dem Luftspalt angeordnet und an einer Schwingungsplatte befestigt ist, wobei im Betrieb durch einen durch die Primärspule fließenden Signalstrom in der Sekundärspule ein sekundärer elektrischer Strom induziert wird, der eine Auslenkung der Schwingungsplatte verursacht,
sowie mit einer Lautsprecheransteuerschaltung, die im Betrieb die Primärspule der Lautsprechereinheit mit einem analogen Tonsignal ansteuert,
wobei das analoge Tonsignal von der Lautsprecheransteuerschaltung mit einer Frequenz unterbrochen wurde, die höher ist als eine hörbare Frequenz.
Da in dem Lautsprechergerät gemäß der Erfindung, das in der oben beschriebenen Weise aufgebaut ist, ein analoges Tonsignal mit einer über dem Hörfrequenzbereich liegenden Frequenz unterbrochen und der Primärspule des elektromagnetisch gekoppelten Lautsprechers zugeführt wird, werden niederfrequente Komponenten des analogen Tonsignals ebenfalls zu hohen Frequenzen über 20 kHz und fließen als Signalstrom durch die Primärspule. Deshalb wird mit einem elektromagnetisch gekoppelten Lautsprecher eine Wiedergabe bis hinunter zu tiefen Frequenzen möglich.
Selbst wenn die Luftspaltbreite des Magnetkreises reduziert und die Windungszahl der Primärspule und der Sekundärspule verringert werden, um zu verhindern, daß die Empfindlichkeit kleiner wird, verringert sich die elektromagnetische Kopplungskraft der Spulen in dem · elektromagnetisch gekoppelten Lautsprecher nicht, wenn die Frequenz des durch die Primärspule fließenden Signalstroms hoch ist, z. B. 20 kHz überschreitet, so daß eine Tonwiedergabe möglich ist.
Im folgenden wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht, in der ein Beispiel einer Lautsprechereinheit dargestellt ist,
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht, in der ein anderes Beispiel der Lautsprechereinheit dargestellt ist,
Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht, in der ein weiteres Beispiel der Lautsprechereinheit dargestellt ist,
Fig. 4 zeigt das Blockschaltbild eines Tonwiedergabesystems, bei dem ein anderes Beispiel des Lautsprechergeräts gemäß der Erfindung benutzt wird,
Fig. 5 zeigt eine Darstellung des Lautsprechergeräts von Fig. 4.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel der Lautsprechereinheit 10. In der Lautsprechereinheit 10 nach diesem Beispiel ist im oberen Teil eines zentralen Polstücks 12 eines Jochs 11 eine umlaufende Vertiefung 13 ausgebildet. Das kreiszylindrische zentrale Polstück 12 ist vertikal in dem zentralen Bereich eines Flanschteils 14, das die Form einer kreisförmigen Platte hat, einstückig mit dieser ausgebildet. In die Vertiefung 13 ist eine Primärspule 1 eingesetzt und so an dem zentralen Polstück 12 montiert.
Die Primärspule 1, in der mehrere Leiterwindungen ringförmig gewickelt sind, ist in die Vertiefung 13 eingesetzt und verklebt und so an dem zentralen Polstück 12 montiert. Alternativ können mehrere Leiterwindungen direkt um die Vertiefung 13 gewickelt sein, so daß die Primärspule 1 auf diese Weise an dem zentralen Polstück 12 montiert ist. Bei einer nicht dargestellten Alternative sind mehrere Leiterwindungen um einen Magnetspulenkörper gewickelt, und der Magnetspulenkörper ist in die Vertiefung 13 eingesetzt, so daß die Primärspule 1 auf diese Weise an dem zentralen Polstück 12 montiert ist.
In dem Flanschteil 14 des Jochs 11 ist in einer kontinuierlich an das zentrale Polstück 12 angrenzenden Position eine Öffnung (ein Loch) 15 ausgebildet, und an der Rückseite des Flanschteils 14 ist eine Anschlußplatte 16 montiert. Ein beispielsweise aus einem Litzendraht hergestellter Spulenverlängerungsdraht 17 der Primärspule 1 wird in die Öffnung 15 eingeführt und an der Umfangsfläche des zentralen Polstücks 12 festgeklebt und durch Löten mit einem Eingangsanschluß 18 der Anschlußplatte 16 verbunden.
Für jeden Wicklungsanfang und jedes Wicklungsende der Primärspule 1 ist jeweils ein Spulenverlängerungsdraht 17 vorgesehen und mit einem separaten Eingangsanschluß verbunden.
An der Vorderseite des Flanschteils 14 des Jochs 11 ist ein ringförmiger Magnet 21 angebracht. An der Vorderseite dieses ringförmigen Magnets 21 ist eine Platte 22 angebracht. Diese Teile bilden einen Magnetkreis 20, der zwischen der äußeren Umfangsfläche des oberen Teils des zentralen Polstücks 12 und der inneren Umfangsfläche der Platte 22 einen Luftspalt 23 besitzt.
In dem Luftspalt 23 des Magnetkreises 20 ist eine Sekundärspule 2 eingesetzt, die eine Kurzschlußspule bildet. Im vorliegenden Beispiel ist die Sekundärspule 2 als zylindrisches Formteil aus einem nichtmagnetischen leitfähigen Material, z. B. Aluminium, hergestellt und bildet eine Spule mit der Länge einer Windung.
An der Sekundärspule 2 sind ein Konus 32, der an seinem äußeren Umfang einen Rand 31 besitzt, sowie ein Dämpfer 34 so montiert, daß die zentralen Öffnungen des Konus und des Dämpfers aneinander angepaßt und miteinander verklebt sind. Eine Kappe 33 ist in der Weise montiert, daß sie die zentrale Öffnung des Konus 32 überdeckt und einen Deckel bildet. An der Platte 32 ist ein Lautsprecherkorb 35 montiert. An dem Lautsprecherkorb 35 sind der Rand 31 an dem Außenumfang des Konus 32 und eine Dichtung 36 montiert. Der Dämpfer 34 ist mit seinem Außenumfang ebenfalls an dem Lautsprecherkorb 35 montiert.
Wie Fig. 2 zeigt, kann an der Umfangsfläche des oberen Teils des zentralen Polstücks 12 eine Spule 1a, die einen Teil der Primärspule 1 bildet, montiert sein, während an der inneren Umfangsfläche der Platte 22 eine Spule 1b montiert sein kann, die den übrigen Teil der Primärspule 1 bildet. In diesem Fall ist der Spulenverlängerungsdraht der Spule 1b, die in nicht dargestellter Weise an der Platte 22 montiert ist, z. B. zwischen der Platte 22 und dem Magneten 21 geführt und mit dem Eingangsanschluß an der Anschlußplatte verbunden, die an der äußeren Umfangsfläche der Platte 22 montiert ist. Außerdem kann, wie in Fig. 3 dargestellt, die ganze Primärspule 1 an der inneren Umfangsfläche der Platte 22 montiert sein. In diesem Fall ist der Spulenverlängerungsdraht ebenfalls zwischen der Platte 22 und dem. Magneten gehalten und nach außen geführt.
Wie Fig. 1, 2 und 3 zeigen, kann der Spulenkörper, auf dem die Sekundärspule 2 gewickelt ist, weggelassen werden, indem man die Sekundärspule 2 aus einem zylindrischem Teil für eine Windung bildet. Durch das Weglassen der Spule kann die Zahl der Teile verringert werden, und die magnetische Empfindlichkeit kann vergrößert werden, indem man die Breite des Luftspalts um einen Betrag verringert, der der Dicke des Spulenkörpers entspricht.
Fig. 4 zeigt ein Tonwiedergabesystem, bei dem ein anderes Beispiel des Tonwiedergabesystems gemäß der Erfindung benutzt wird. In diesem Beispiel wird ein analoges Tonsignal Ao aus einem analogen Tonausgabegerät 510, z. B. aus einem Kassettenspieler oder einem FM-Tuner, einem Zerhacker 520 zugeführt, der das Signal mit einer über dem Hörfrequenzbereich liegenden Frequenz unterbricht, nämlich einer Frequenz fc von mehr als 20 kHz, der oberen Grenze der Hörfrequenzbereichs, wie dies durch das analoge Tonsignal Ac in Fig. 5 angedeutet ist.
Die Zerhackerfrequenz fc ist vorzugsweise auf eine höhere Frequenz gesetzt, etwa auf das Doppelte von 20 kHz, z. B. auf 40 kHz. Die zeitliche Breite der Zerhackerperiode ist hinreichend kürzer gehalten als der Zerhackerzyklus Tc und beträgt z. B. 1/10 des Zerhackerzyklus Tc.
Das zerhackte, analoge Tonsignal Ac aus dem Zerhacker 520 wird von einem Leistungsverstärker 530 verstärkt und der Primärspule 1 der oben beschriebenen Lautsprechereinheit 10 zugeführt. Es wird jedoch die Lautsprechereinheit 10 mit einer einzigen Primärspule 1 benutzt.
Wie oben beschrieben wurde, nimmt die elektromagnetische Kopplungskraft, mit der ein durch die Primärspule 1 fließender Signalstrom in der Sekundärspule 2 einen sekundären elektrischen Strom i induziert, in der als elektromagnetisch gekoppelter Lautsprecher ausgebildeten Lautsprechereinheit 10 bei niedriger Frequenz von einigen kHz bis unter 1 kHz ab.
Da das analoge Tonsignal bei dem Beispiel von Fig. 4 jedoch mit einer über dem Hörfrequenzbereich liegenden Frequenz fc unterbrochen wird und der Primärspule 1 der Lautsprechereinheit 10 zugeführt wird, werden auch die niederfrequenten Komponenten des analogen Tonsignal zu hohen Frequenzen von über 20 kHz, die als Signalstrom durch die Primärspule 1 fließen. Deshalb ist bei der als elektromagnetisch gekoppelter Lautsprecher ausgebildeten Lautsprechereinheit 10 eine Wiedergabe bis hinunter zu niedrigen Frequenzen möglich.
Das Tonwiedergabesystem des vorliegenden Beispiels ist so aufgebaut, daß z. B. der Zerhacker 520 und der Leistungsverstärker 530 als eine Einheit ausgebildet sind und diese Einheit mit dem Gerät 510 für die analoge Tonausgabe verbunden ist, und daß ferner die Lautsprechereinheit 10 hiermit verbunden ist, oder daß die Komponenten von dem Zerhacker 520 bis zur Lautsprechereinheit 10 als eine Einheit ausgebildet sind und diese mit dem Gerät 510 für die analoge Tonausgabe verbunden ist.
Wie oben beschrieben wurde, wird gemäß vorliegender Erfindung ein analoges Tonsignal, das der Primärspule eines elektromagnetisch gekoppelten Lautsprechers zugeführt wird, mit einer Frequenz unterbrochen, die über dem Hörfrequenzbereich liegt, und dadurch eine Wiedergabe bis hinunter zu tiefen Frequenzen mit einem elektromagnetisch gekoppelten Lautsprecher ermöglicht, so daß sich ein Vollbereichlautsprecher realisieren läßt, dessen Wiedergabebereich von sehr tiefen bis zu hohen Tönen reicht.
Es lassen sich zahlreiche verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung konstruieren, ohne daß der Schutzbereich der Erfindung verlassen wird. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die in dieser Beschreibung erläuterten spezifischen Ausführungsbeispiele beschränkt. Die vorliegende Erfindung soll im Gegenteil verschiedene Modifizierungen und äquivalente Anordnungen abdecken, die in dem weiter unten beanspruchten Schutzbereich liegen. Dem Schutzbereich der folgenden Ansprüche soll die weitest mögliche Interpretation zukommen, so daß er alle derartigen Modifizierungen, äquivalente Strukturen und Funktionen umfaßt.

Claims

1. Lautsprechergerät

mit einer Lautsprechereinheit (10), die eine Primärspule (1) aufweist, welche in der Nähe eines Luftspalts (23) in einem mit diesem Luftspalt (23) ausgebildeten Magnetkreis (22) angeordnet und relativ zu dem Luftspalt (23) fixiert ist, und die ferner eine Sekundärspule (2) aufweist, die in dem Luftspalt (23) angeordnet und an einer Schwingungsplatte (32) befestigt ist, wobei im Betrieb durch einen durch die Primärspule (1) fließenden Signalstrom in der Sekundärspule (2) ein sekundärer elektrischer Strom induziert wird, der eine Auslenkung der Schwingungsplatte (32) verursacht,

sowie mit einer Lautsprecheransteuerschaltung (520, 530), die im Betrieb die Primärspule (1) der Lautsprechereinheit (10) mit einem analogen Tonsignal (Ac) ansteuert,

wobei das analoge Tonsignal von der Lautsprecheransteuerschaltung (520, 530) mit einer Frequenz (fc) unterbrochen wurde, die höher ist als eine hörbare Frequenz.

2. Lautsprechergerät nach Anspruch 1, bei dem die Lautsprecheransteuerschaltung einen Zerhacker (520) zum Unterbrechen des analogen Tonsignals aufweist.

3. Lautsprechergerät nach Anspruch 1 oder 2, bei dem Unterbrechungsfrequenz (fc) wenigstens 20 kHz beträgt.

4. Lautsprechergerät nach Anspruch 3, bei dem die Unterbrechungsfrequenz (fc) etwa 40 kHz beträgt.

5. Lautsprechergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Breite jeder Unterbrechung wesentlich kleiner ist als der Unterbrechungszyklus (Tc = 1/fc).

6. Lautsprechergerät nach Anspruch 5, bei dem jede Unterbrechung etwa 1/10 des Unterbrechungszyklus (Tc) beträgt.

7. Lautsprechergerät nach einen der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Lautsprecheransteuerschaltung ferner einen Leistungsverstärker (530) aufweist zum Verstärken des unterbrochenen analogen Tonsignals (Ac) und zur Lieferung desselben an die Primärspule (1) der Lautsprechereinheit (10).

8. Tonwiedergabesystem

mit einem analogen Tonausgabegerät zur Ausgabe eines analogen Tonsignals (Ao)

sowie mit einem Lautsprechergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche für die Unterbrechung des analogen Tonsignals zur Erzeugung eines unterbrochenen analogen Tonsignals (Ac) für die Ansteuerung der Lautsprechereinheit.