DE69801755T2

DE69801755T2 - Schwingungswandler für resonanten plattenförmigen lautsprecher und damit versehener lautsprecher

Info

Publication number: DE69801755T2
Application number: DE69801755T
Authority: DE
Inventors: Neil Harris; Denis Morecroft
Original assignee: New Transducers Ltd
Current assignee: NVF Tech Ltd
Priority date: 1997-05-10
Filing date: 1998-05-06
Publication date: 2002-05-29
Anticipated expiration: 2018-05-07
Also published as: DK0988775T3; ZA983836B; ATE205993T1; ID20950A; JP2002505813A; ES2164423T3; KR20010012364A; PT988775E; AU7343698A; EP0988775B1; DE69801755D1; TW381404B; AU734941B2; CA2290103A1; HK1024134A1; CO4780082A1; WO1998052383A1; IL132587A0; CN1255278A; EP0988775A1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung bezieht sich auf Lautsprecher. Die Erfindung bezieht sich insbesondere, nicht aber ausschließlich auf elektrodynamische Schwingungserreger für resonante plattenförmige Lautsprecher der Art, bei der Biegewellenenergie an die resonante Platte abgegeben wird, um eine akustische Ausgabe bzw. Sprachausgabe zu erzeugen. Solche Lautsprecher sind in unserer internationalen Anmeldung WO97/09842 beschrieben.
Ein Schwingungserreger zum Erregen einer resonanten Lautsprecherplatte benötigt eine Form einer Befestigung auf der Plattenoberfläche, die die bestmögliche Umwandlung von Treiberenergie in Biegewellen erlaubt. Ein Trägheits- bzw. Inertial-Reaktionserreger wendet auf die Platte eine Druck/Zugkraft an, indem er gegen die Trägheit der Erregermasse reagiert. Nur das Motorelement ist an der Platte starr angebracht, und die ideale Befestigung, wobei die Platte einen zellularen Kern und Hautschichten aufweist, ist ein kleiner Kontakt an einer einzigen Stelle, der größer als die Zellengröße des Plattenkerns ist, und mit einer stärkeren Befestigung als die Verbindungsstärke zwischen Kern und Haut der Platte.

HINTERGRUND DER TECHNIK

Ein schon bewährtes Konstruktionssystem verbindet den rohrförmigen Schwingspulenaufbau direkt mit der Plattenhaut, um einen starken kreisförmigen Kontakt mit der Platte herzustellen. Die resultierend große Kontaktfläche unter der Schwing pule spricht jedoch effektiv bei höheren Frequenzen an, was die Leistungseinspeisung in die Platte begrenzt, weil die Modenabmessungen sich der Größe der kreisförmigen Kontaktfläche annähern.
US 4,514,599 beschreibt einen Erreger zum Ansteuern einer Platte einer Fahrzeugverkleidung wie z. B. einer hinteren Paketablage. In einer Ausführungsform ist ein elastisches Bauteil zwischen der Verkleidungsplatte und einer schalenförmigen Platte vorgesehen, die mit der Schwingspule gekoppelt ist. Das elastische Bauteil hat drei Füße, die der schalenförmigen Platte zugewandt sind.
DE 2 434 005 beschreibt einen piezoelektrischen Wandler, in welchem das passive Element mehrere Vorsprünge aufweist, um das aktive Bauteil gleichmäßig zu halten.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, solche Probleme zu vermindern.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der Erfindung wird ein Schwingungserreger geschaffen, um Biegewellenenergie an eine resonante Platte mit einem rohrförmigen Schwingspulenaufbau abzugeben, der eine kreisförmige Endform aufweist, um direkt mit der Platte zu koppeln, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Schwingspulenaufbau eine Anordnung von zumindest drei Kronierungen aufweist, die um den Umfang des Schwingspulenaufbaus an seinem Ende beabstandet sind, um an mehreren einzelnen Kopplungsstellen mit der Platte zu koppeln.
Die einzelnen Kopplungsstellen können in einem Kreis beabstandet sein, der zweckmäßigerweise der Endform einer herkömmlichen rohrförmigen Wickelschablone für Schwingspulen entsprechen kann.
Die einzelnen Kopplungsstellen können durch Ausbildung von Kerben oder Kronierungen am Ende der Wickelschablone für eine Schwingspule erzeugt werden oder können durch ein Montagebauteil gebildet werden, an dem die Schwingspule angebracht ist. Der Effekt davon ist, daß die Kontaktfläche reduziert und der ursprünglich umschlossene Umfangskontakt geöffnet ist, um zu ermöglichen, daß Biegewellen mit verteilten Moden in der Platte unter der Erregerfläche durchgehen. Eine signifikante Konsequenz davon ist, daß der Erreger eine resistive mechanische Last "sieht", die sich zu höheren Frequenzen erstreckt.
Die mechanisch stabilste Konfiguration sind drei gleich beabstandete Kronierungen, und dies wird durch mathematische Modellbildung bestätigt. Eine Änderung der Kontaktfleckform von Segmenten eines Umfangs in gerade Linien erhöht weiter die Modeneinspeisung in die Platte. Aus Zweckmäßigkeitsgründen können im wesentlichen kreisförmige Kontaktflecke verwendet werden.
Die obige Beschreibung lehrt als Beispiel das Prinzip eines diskontinuierlichen Kontaktes unter Verwendung eines Schwingungserregers mit beweglicher Spule bzw. Schwingspule. Das gleiche Prinzip könnte jedoch auf eine beliebige Form eines Schwingungserregers mit einer unterbrochenen oder diskontinuierlichen Form einer physikalischen Verbindung zwischen dem Antriebselement und der Platte angewendet werden.
Ein zusätzlicher Kontakt zwischen dem Erreger und der Platte kann durch ein zentral angeordnetes diametral verlaufendes Bauteil z. B. in Kreuzform geschaffen werden, das innerhalb der Basis-Dreiecksanordnung angeordnet ist.

KURZE BESCHREIBUNG VON ZEICHNUNGEN

Die Erfindung ist beispielhaft in den beiliegenden Zeichnungen schematisch veranschaulicht, in welchen:
Fig. 1 eine Teilansicht eines resonanten plattenförmigen Lautsprechers nach dem Stand der Technik ist und die Fläche zur Montage oder Verbindung zwischen einem Schwingungserreger und der resonanten Platte zeigt;
Fig. 2 eine im wesentlichen der von Fig. 1 ähnliche Teilansicht ist und eine erste Ausführungsform gemäß der Erfindung veranschaulicht;
Fig. 3 eine Seitendarstellung eines Schwingungserregers im Querschnitt ist, der an einer resonanten Platte angebracht ist, und Fig. 2 entspricht;
Fig. 4 eine der von Fig. 1 im wesentlichen ähnliche Ansicht ist und eine zweite Ausführungsform gemäß der Erfindung veranschaulicht;
Fig. 5 eine der von Fig. 1 im wesentlichen ähnliche Ansicht ist, die eine dritte Ausführungsform gemäß der Erfindung veranschaulicht, und
Fig. 6 eine Seitendarstellung eines Schwingungserregers im Querschnitt ist, der an einer resonanten Platte angebracht, ist, und Fig. 5 entspricht.
In Fig. 1 der Zeichnungen ist eine akustische Vorrichtung (1) der in der internationalen Patentanmeldung 14097/09842 beschriebenen Art dargestellt, die ein akustisches Bauteil (2) in Form einer resonanten Platte aufweist, auf die Biegewellenenergie durch einen (nicht dargestellten) Schwingungserreger angewendet wird, um die Platte (2) in Resonanz schwingen zu lassen, um eine akustische Ausgabe zu erzeugen.
Wie in WO97/09842 beschrieben ist, kann der Schwingungserreger einen elektrodynamischen Schwingspulenmotor aufweisen, mit einer Schwingspule, die direkt an einer Seite der Platte (2) angebracht ist. Ein Kreisring oder Ring (3) soll die Kontaktfläche oder "Aufstandsfläche" der Schwingspule oder zumindest die rohrförmige Wickelschablone, um die die Spule gewickelt ist, auf der Seite der Platte (2) darstellen. Wir haben festgestellt, daß dieses Verfahren einer Anbringung, das dazu gedacht ist, im Interesse einer effizienten Übertragung von Biegewellenenergie auf die Platte die Trägheit der Schwingspule bei einem Minimum zu halten, einen sekundären Effekt einführt, den wir als den "Apertureffekt" kennen, bei dem eine maximale Frequenzantwort der Platte mit dem Durchmesser des Rings oder Kreisrings (3) zusammenhängt, der durch die Verbindungsstelle zwischen dem Erreger und der Platte (2) gebildet wird. Wir haben einen anderen, zumindest potentiellen Effekt identifiziert, bei dem der Teil der Platte innerhalb des Ringes oder Kreisrings (3) eine sekundäre Resonanz zeigen kann, die wir als "Kappen"-Resonanz (cap resonance) kennen.
Die vorliegende Erfindung versucht, ein Auftreten des Apertureffektes und/oder einer Kappen-Resonanz zumindest zu mildern.

BESTE VERFAHREN ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG

Bezugnehmend auf die Fig. 2 bis 6 der Zeichnungen und insbesondere auf die Fig. 2 und 3 der Zeichnungen sieht nun die vorliegende Erfindung Montageanordnungen für Schwingungserreger (4) (siehe Fig. 3 und 6) auf resonanten Platten (2) derart vor, daß das Resonanzverhalten der Platte (2) nicht unterbrochen bzw. gestört wird oder weniger als im Fall der Montageaufstandsfläche der Anordnung von Fig. 1.
So zeigt Fig. 2 eine Kontaktfläche oder Aufstandsfläche für einen Erreger auf der Platte in Form einer kreisförmigen Anordnung (5) einzelner Kontaktflecke (6). Die Grundanforderung nach Stabilität wird durch drei Kontaktflecke erfüllt, die ein Dreieck bilden, aber in der vorliegenden Ausführungsform sind für eine erhöhte Festigkeit acht Kontaktflecke vorgesehen. Aus Fig. 3 erkennt man, daß der Erreger (4) eine Trägheitsvorrichtung der in Fig. 11b der internationalen Patentanmeldung WO97/09842 gezeigten allgemeinen Art ist und eine Schwingspule (11), welche eine um eine zylindrische Wickelschablone gewickelte Spule umfaßt, von welcher Schwingspule (11) ein axiales Ende auf der Platte (2) antreibend montiert ist, um Biegewellenenergie in die Platte abzugeben, und einen Magnetaufbau (12, 13, 14) aufweist, der die Schwingspule (11) umgibt und einen Magneten (12) umfaßt, der zwischen einem Polstück (13), das in die Schwingspule (11) paßt, und einem zweiten Polstück (14) in Form einer Kappe sandwichartig angeordnet ist, welche die Schwingspule umgibt, wobei der Magnetaufbau und die Schwingspule durch eine federnde Aufhängung (15) verbunden sind, welche auch die Funktion einer Staubbarriere erfüllt.
Ein axiales Ende (16) der Schwingspule (11) wird auf der Platte in einem im wesentlichen ringförmigen Befestigungsbauteil (9) gehalten, das eine Kunststofform sein kann. Das Ende (16) der Schwingspule kann am Befestigungsbauteil (9) mittels eines Klebstoffs angebracht sein, oder alternativ dazu kann das Befestigungsbauteil direkt auf der Schwingspule geformt sein. Eine vom Erreger (4) abgewandte Seite (17) des Befestigungsbauteils ist mit einer Reihe kurzer Kronierungen oder Vorsprünge (10) ausgebildet, die sich von der Seite (17) weg erstrecken und so angeordnet sind, daß sie eine ringförmige Anordnung bilden, wobei die Endseiten (18) der Kronierungen (10) eine Anordnung einzelner Kontaktflecke (6) bilden, die zusammen die Aufstandsfläche des Erregers (4) auf der Platte (2) definieren. Der Erreger kann an der Platte mittels eines Klebstoffs befestigt sein, der auf die Endseiten (18) des Befestigungsbauteils (9) aufgebracht ist.
Die Ausführungsform von Fig. 4 ist derjenigen der Fig. 2 und 3 im wesentlichen ähnlich mit den Ausnahmen, daß die Zahl einzelner Kontaktflecke (6) in der Anordnung (5a) erhöht ist und außerdem die durch die kreisförmige Anordnung (5a) definierte Fläche durch einen mittig angeordneten zusätzlichen Kontakt (19) in Form eines Kreuzelements im Interesse einer Verbesserung der Kopplung zwischen einem Erreger und der Platte eingenommen wird. Die Kreuzform des Kontaktes (19) wird gewählt, da sie radial diskontinuierlich ist, d. h. sie bildet keine geschlossene Figur und beeinflußt somit das Biegewellenverhalten der Platte im wesentlichen nicht nachteilig, wie es mit der durchgehenden ringförmigen Aufstandsfläche von Fig. 1 der Fall sein kann.
Die Fig. 5 und 6 stellen eine alternative Ausführungsform der Erfindung, die derjenigen der Fig. 2 und 3 sehr ähnlich ist, als gemäß der Ausführungsform von Fig. 4 modifiziert dar. Im vorliegenden Fall ist die Kontaktanordnung (5b) insofern modifiziert, als der durchgängige kreuzartige zusätzliche Kontakt (19) von Fig. 4 durch eine kreuzartige Anordnung (20) einzelner Kontaktflecke (21) ersetzt ist, um eine etwaige Störung des Biegewellenverhaltens der resonanten Platte (2) aufgrund der Erregerbefestigung weiter zu reduzieren.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT

Die Teilung des Antriebskontakts ist somit ein Mittel zum Verbessern eines Abschlusses bzw. Abschlußwiderstands der mechanischen Verbindungsstelle zwischen dem Erreger und der Platte. Er kann durch die Konstruktion eingestellt werden, um die Eigenschaften bei oberen Frequenzen der Plattenstrahlung so abzustimmen, daß sie zu den Charakteristiken der gewählten Platte passen. So kann eine einfache Kronierung gewählt werden, um nur drei Punkte mit einer Kontaktfläche zu koppeln, die ausreichen, um den Erreger mit der Plattenoberfläche zuverlässig zu verbinden. Verschiedene Konfigurationen einer Kontaktgeometrie schaffen einen weiteren Bereich zum Feinabstimmen dieser Grenzfläche, wobei in einigen Fällen die verschiedenen Faktoren Kontaktfläche, Leimverbindung, Plattenverlust, Apertureffekt und Kappen-Resonanz miteinander wechselwirken können.
Obgleich in den Zeichnungen nicht dargestellt erkennt man, daß statt einer Anbringung der Schwingspule auf der Platte über ein Befestigungsbauteil (9) mit Kronierungen, es möglich sein könnte, die Schwingspule statt dessen direkt auf der Platte anzubringen, während noch die Vorteile dieser Erfindung erzielt werden. In diesem Fall wäre es notwendig, das Ende der Wickelschablone der Schwingspule mit Kronierungen auszubilden oder auf andere Weise anzupassen, um einen Ring einzelner Befestigungsstellen zu schaffen. Die Enden der Kronierungen könnten möglicherweise so abgebogen sein, daß Flansche ausgebildet sind, um als ein Hilfsmittel zur Verstärkung die Kontaktfläche zu vergrößern, wenn die Schwingspule an der Platte festgeklebt wird.
Die Erfindung schafft somit ein einfaches Verfahren zum Reduzieren von Apertur- und/oder Kappeneffekten beim Befestigen von Schwingungserregern an resonanten Platten. Obgleich die Erfindung insbesondere mit Verweis auf Schwingspulenerreger beschrieben worden ist, erkennt man, daß das Verfahren auch auf andere (nicht schwingspulenartige) Erreger angewendet werden kann, um die gleichen Vorteile zu erzielen.

Claims

1. Schwingungserreger (4) zum Abgeben von Biegewellenenergie an eine resonante Platte (3), aufweisend

einen rohrförmigen Schwingspulenaufbau (9, 10, 11, 16) mit einer kreisförmigen Endform zum direkten Koppeln mit der Platte,

dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Schwingspulenaufbau (9110, 11, 16) eine Anordnung (5) von mindestens drei Kronierungen (10) aufweist, die um den Umfang des Schwingspulenaufbaus an dessen Ende beabstandet sind, um an mehreren getrennten Kopplungsstellen (6) mit der Platte zu koppeln.

2. Schwingungserreger (4) nach Anspruch 1, worin die Anordnung (5) exakt drei getrennte Stellen (6) aufweist, die um den Umfang eines Kreises gleich beabstandet sind.

3. Schwingungserreger (4) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, aufweisend zumindest eine zusätzliche Kopplungsstelle (9, 20, 21), die innerhalb der Anordnung (5) mittig angeordnet ist.

4. Schwingungserreger (4) nach Anspruch 3, worin die zusätzliche Kopplungsstelle (19, 20) eine Kreuzform hat.

5. Schwingungserreger (4) nach Anspruch 4, worin die Kreuzform (19, 20) eine Anordnung getrennter Kopplungsstellen (21) aufweist.

6. Schwingungserreger (4) nach einem der vorhergehenden Anspruche, aufweisend ein Befestigungsbauteil (9), das mit den die getrennten Kopplungsstellen definierenden Kronierungen (10) ausgebildet Lst.

7. Schwingungserreger (4) nach Anspruch 6, worin das Befestigungsbauteil (9) ringförmig ist.

8. Schwingungserreger (4) nach Anspruch 6 oder Anspruch aufweisend einen elektrodynamischen Motor für eine Schwingspule (11) und worin das Befestigungsbauteil an der Schwingspule angebracht ist.

9. Schwingungserreger (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Erreger eine Trägheitsvorrichtung ist.

10. Lautsprecher mit einem Schwingungserreger (4) nach einem der vorhergehenden Anspruche.

11. Lautsprecher nach Anspruch 10, aufweisend ein akustisches Bauteil in Form einer resonanten Platte.