EP0809414A2

EP0809414A2 - Loudspeaker with moving coil

Info

Publication number: EP0809414A2
Application number: EP19970108113
Authority: EP
Inventors: Michael Smedegaard Pedersen
Original assignee: Becker GmbH
Current assignee: Harman Becker Automotive Systems GmbH
Priority date: 1996-05-22
Filing date: 1997-05-20
Publication date: 1997-11-26
Also published as: DE19620690C1

Abstract

Bei einem Lautsprecher mit einer Schwingspule ist der Schwingspulenkörper (4) aus mehreren einander abwechselnden Lagen aus einem leitenden Material (5) und einem dielektrischen (6) Material zusammengesetzt und von den Schwingspulenwicklungen umschlossen. Auf diese Weise kann der Lautsprecher unmittelbar an einem Verstärker betrieben werden, der im Schalterbetrieb arbeitet, ohne ein separates Tiefpaßfilter zwischen dem Verstärker und dem Lautsprecher zu benötigen. Zudem erweist sich der Lautsprecher als wenig EMV-Störungsanfällig.

In a loudspeaker with a voice coil, the voice coil former (4) is composed of a plurality of alternating layers of a conductive material (5) and a dielectric (6) material and is enclosed by the voice coil windings. In this way, the loudspeaker can be operated directly on an amplifier which operates in switch mode without the need for a separate low-pass filter between the amplifier and the loudspeaker. In addition, the speaker proves to be less susceptible to EMC interference.

Description

Verstärker, die unstetig im Schalterbetrieb arbeiten, können wesentliche größere Leistungen als in einem stetigen Verstärkerbetrieb verarbeiten. Verstärkt werden dabei Rechteckimpulse, die entsprechend der Amplitude des zu verstärkenden Signals moduliert sind. Solche Verstärker lassen sich auch zur NF-Verstärkung verwenden, wobei z.B. pulsbreitenmodulierte Signale verstärkt werden, die in einem Tiefpaßfilter demoduliert werden, bevor sie einem Lautsprecher zugeführt werden. Ein solches Tiefpaßfilter, für das man normalerweise mindestens zwei Induktoren und einen Kondensator verwenden würde, ist allerdings relativ kostspielig und nimmt viel Platz in Anspruch.Amplifiers that work discontinuously in the switch mode can process much higher powers than in a constant amplifier mode. Rectangular pulses are amplified, which are modulated according to the amplitude of the signal to be amplified. Such amplifiers can also be used for LF amplification, e.g. pulse width modulated signals are amplified, which are demodulated in a low-pass filter before they are fed to a loudspeaker. However, such a low-pass filter, for which one would normally use at least two inductors and one capacitor, is relatively expensive and takes up a lot of space.

Aus der DE 39 00 038 A1 ist ein Lautsprecher bekannt, dessen Spulenwicklungen durch einen Wickel aus Metallfolien und dazwischenliegenden Isolationsschichten gebildet wird. Dieser Lautsprecher erweist sich als wenig EMV-Störungsgesichert.A loudspeaker is known from DE 39 00 038 A1, the coil windings of which are formed by a winding of metal foils and insulation layers lying between them. This loudspeaker proves to be little protected against EMC interference.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lautsprecher zu schaffen, der wenig störempfindlich ist, möglichst wenig EMV-Störungen generiert und dabei möglichst ohne Verwendung eines separaten Tiefpaßfilters unmittelbar von einem Verstärker angesteuert werden kann, der im Schalterbetrieb arbeitet.The invention has for its object to provide a loudspeaker which is less sensitive to interference, generates as little EMC interference as possible and can be controlled directly by an amplifier, which operates in switch mode, if possible without using a separate low-pass filter.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch einen Lautsprecher nach Anspruch 1 gelöst. Die einander abwechselnden Lagen aus leitendem und dielektrischem Material verleihen dem Spulenkörper und damit der Schwingspule eine wesentlich größere Streukapazität als herkömmliche Schwingspulen. Diese Streukapazität bildet zusammen mit der Induktivität der Schwingspule ein Tiefpaßfilter zweiter Ordnung. Durch die Integration eines Tiefpaßfilters zweiter Ordnung in die Schwingspule werden keine externen Filterelemente benötigt, um den Lautsprecher an einem Verstärker zu betreiben, der im Schalterbetrieb arbeitet.This object is achieved according to the invention by a loudspeaker according to claim 1. The alternating layers of conductive and dielectric material give the coil body and thus the voice coil a much larger stray capacitance than conventional voice coils. Together with the inductance of the voice coil, this stray capacitance forms a second-order low-pass filter. By integrating a second-order low-pass filter into the voice coil no external filter elements are required to operate the loudspeaker on an amplifier that works in switch mode.

Ohne die Tiefpaßwirkung der Schwingspule wurde der Lautsprecher außerdem auf Grund der Flankensteilheit der Rechteckimpulse eine erhebliche elektromagnetische Störstrahlung im Radiofrequenzbereich erzeugen. Gemäß der Erfindung stellt der Schwingspulenkörper für diese hohen Frequenzen praktisch einen Kurzschluß dar. Auf diese Weise wird in der Schwingspule selbst verhindert, daß Störstrahlung entsteht. Durch die Integration eines Kondensator - Schwingspulenkörper - in die Schwingspule entsteht wesentlich weniger Störstrahlung als bei Verwendung eines externen Tiefpaßfilters aus diskreten Induktoren und Kondensatoren.Without the low-pass effect of the voice coil, the loudspeaker would also generate considerable electromagnetic interference radiation in the radio frequency range due to the steepness of the edges of the rectangular pulses. According to the invention, the voice coil former is practically a short circuit for these high frequencies. In this way, interference radiation is prevented in the voice coil itself. By integrating a capacitor - voice coil former - into the voice coil, there is significantly less interference than when using an external low-pass filter made of discrete inductors and capacitors.

Im Prinzip würde man zwar sogar ohne irgendein Tiefpaßfilter zwischen Verstärker und Lautsprecher auskommen, da der Lautsprecher den Rechteckimpulsen nicht unmittelbar folgen kann, sondern sich auf den Mittelwert einer Anzahl von aufeinanderfolgenden Impulsen einstellt, der dem Augenblickswert der Signalamplitude entspricht. Gewisse Tiefpaßeigenschaften sind aber dennoch vorteilhaft und lassen sich gemäß der Erfindung mit geringen Aufwand herstellen, vorzugsweise durch einen Schwingspulenkörper aus einer Bahn aus einem leitenden Material und einer Bahn aus einem isolierenden Material, die übereinandergelegt und gemeinsam aufgewickelt sind.In principle, one would even get by without any low-pass filter between amplifier and loudspeaker, since the loudspeaker cannot follow the rectangular pulses directly, but adjusts itself to the mean value of a number of successive pulses, which corresponds to the instantaneous value of the signal amplitude. Certain low-pass properties are nevertheless advantageous and can be produced according to the invention with little effort, preferably by means of a voice coil former made of a web made of a conductive material and a web made of an insulating material, which are superimposed and wound up together.

In Fällen, in denen sich dennoch ein gewisser Rest an Störstrahlung nicht vermeiden läßt, kann dieser durch eine Abschirmung unterdrückt werden, welche die Schwingspule nach Art eines Faraday-Käfigs vollständig umgibt. Der maximale Öffnungsdurchmesser bzw. die maximale Maschenweite eines solchen Faraday-Käfigs werden so gewählt, daß sie kleiner als die kleinste Wellenlänge der abzuschirmenden Störstrahlung ist.In cases in which a certain residual amount of interference radiation cannot be avoided, this can be suppressed by a shield which completely surrounds the voice coil in the manner of a Faraday cage. The maximum opening diameter or the maximum mesh size of such a Faraday cage is chosen so that it is smaller than the smallest wavelength of the interference radiation to be shielded.

Innerhalb einer solchen Abschirmung können außerdem der Verstärker, der im Schalterbetrieb arbeitet, und gegebenenfalls weitere elektronische Schaltungen untergebracht werden. Diese Schaltungen sind dann erstens wesentlich vor Störstrahlung von der Schwingspule geschützt und geben zweitens keine eigene Störstrahlung nach außen ab. Auf diese Weise erhält man einen äußerst kompakt aufgebauten, störstrahlungsarmen und rückwirkungsfreien Lautsprecher.Such a shield can also house the amplifier, which operates in the switch mode, and, if appropriate, further electronic circuits. These circuits are then, firstly, substantially protected against interference radiation from the voice coil and, secondly, do not emit their own interference radiation to the outside. In this way you get an extremely compact, low-interference and non-reactive speaker.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht einer Lautsprecherschwingspule nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 eine schematische Perspektivansicht einer Lautsprecherschwingspule mit vergrößerter Streukapazität; und
Fig. 3 einen Querschnitt durch den Schwingspulenkörper von Fig. 2.

Further features and advantages of the invention emerge from the subclaims and from the following description of an exemplary embodiment with reference to the drawing. The drawing shows:

Figure 1 is a schematic perspective view of a speaker voice coil according to the prior art.
2 shows a schematic perspective view of a loudspeaker voice coil with increased stray capacitance; and
3 shows a cross section through the voice coil former of FIG. 2.

Die in Fig. 1 gezeigte herkömmliche Schwingspule enthält einen zylindrischen Schwingspulenkörper 1 mit einer Schwingspulenwicklung 2 und Zuleitungen 3. Der Schwingspulenkörper 1 besteht aus einer Lage eines normalerweise homogenen Materials, beispielsweise Pappe, Karton, Kunststoff oder ähnliche Materialien.The conventional voice coil shown in FIG. 1 contains a cylindrical voice coil former 1 with a voice coil winding 2 and leads 3. The voice coil former 1 consists of a layer of a normally homogeneous material, for example cardboard, cardboard, plastic or similar materials.

Die in Fig. 2 und 3 gezeigte Schwingspule weist einen Schwingspulenkörper 4 auf, der aus einer Bahn 5 aus einem leitendem Material wie Kupfer, Aluminium usw. und einer Bahn 6 aus einem dielektrischen Material wie Kunststoff-Folie oder -Film, Elektrolyt usw. besteht. Die Bahnen 5 und 6 sind übereinandergelegt und gemeinsam zu dem zylindrischen Schwingspulenkörper 4 gewickelt. Wie in Fig. 3 gezeigt, bilden die Bahnen 5 und 6 eine Spirale, in der sich zwischen jeweils zwei leitenden Lagen eine dielektrische Lage befindet. Alternativ könnte der Schwingspulenkörper 4 aus mehreren schalenförmig übereinandergelegten Lagen aus abwechselnd leitendem bzw. dielektrischem Material bestehen, wobei die leitenden Lagen elektrisch miteinander verbunden sind.The voice coil shown in FIGS. 2 and 3 has a voice coil body 4 which consists of a web 5 made of a conductive material such as copper, aluminum etc. and a web 6 made of a dielectric material such as plastic film or film, electrolyte etc. . The webs 5 and 6 are superimposed and wound together to form the cylindrical voice coil former 4. As shown in Fig. 3, the tracks 5 and 6 form a spiral in which there is a dielectric layer between each two conductive layers. Alternatively, the voice coil bobbin 4 could consist of a plurality of layers of layers of alternately conductive or dielectric material, the conductive layers being electrically connected to one another.

Die Schwingspule mit dem Schwingspulenkörper 4 weist eine Streukapazität oder Eigenkapazität auf, die durch geeignete Wahl des dielektrischen Materials, der Dicke der dielektrischen Bahn 6 und der Zahl der Lagen nach Bedarf einstellbar ist.The voice coil with the voice coil former 4 has a stray capacitance or self-capacitance which can be adjusted as required by suitable selection of the dielectric material, the thickness of the dielectric web 6 and the number of layers.

Die Streukapazität dieser Schwingspule bildet zusammen mit der Induktivität der Schwingspule ein Tiefpaßfilter zweiter Ordnung. Die Streukapazität kann so gewählt werden, daß sich erstens die gewünschten Tiefpaßeigenschaften ergeben, ohne irgendwelche externen Induktoren und Kondensatoren zu benötigen, und daß zweitens hochfrequente Komponenten des über die Zuleitungen 3 zugeführten Signals kurzgeschlossen werden, ohne daß das NF-Signal wesentlich beeinträchtigt wird. Dadurch wird wirksam verhindert, daß die Schwingspule elektromagnetische Störstrahlung im Radiofrequenzbereich aussendet, wenn der Lautsprecher unmittelbar an einem Verstärker betrieben wird, der im Schalterbetrieb arbeitet.The stray capacitance of this voice coil forms, together with the inductance of the voice coil, a second order low-pass filter. The stray capacitance can be chosen so that, firstly, the desired low-pass characteristics result without the need for any external inductors and capacitors, and that secondly, high-frequency components of the signal supplied via the feed lines 3 are short-circuited without the LF signal being significantly impaired. This effectively prevents the voice coil from emitting electromagnetic interference radiation in the radio frequency range if the loudspeaker is operated directly on an amplifier which operates in the switch mode.

Claims

Loudspeaker with a voice coil which contains voice coil windings and feed lines, characterized in that the voice coil has a voice coil former (4) with a plurality of alternating layers of a conductive material (5) and a dielectric material (6) and that the voice coil windings (2) den Surround voice coil former (4).

Loudspeaker according to claim 1, characterized in that the voice coil former (4) consists of a web (5) made of a conductive material and a web (6) made of an insulating material, which are superimposed and wound up together.

Loudspeaker according to claim 1 or 2, characterized in that the voice coil has a predefined stray capacitance.

Loudspeaker according to Claim 3, characterized in that the stray capacitance forms a second-order low-pass filter together with the inductance of the voice coil.

Loudspeaker according to one of the preceding claims, characterized by a shield for electromagnetic radiation in the radio frequency range, the shield completely surrounding the voice coil.

Loudspeaker according to claim 5, characterized in that the shield is a Faraday cage, the maximum mesh size of which is smaller than the smallest wavelength of the electromagnetic radiation to be shielded.

Loudspeaker according to claim 5 or 6, characterized in that there is also an amplifier within the shield, which operates in the switch mode, and / or further electronic circuits.