EP0809415A2

EP0809415A2 - Loudspeaker

Info

Publication number: EP0809415A2
Application number: EP19970108104
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: DE19620692C1

Abstract

Ein Lautsprecher enthält eine Abschirmung (3, 4, 5; 5, 6; 3, 7, 8) für elektromagnetische Strahlung im Radiofrequenzbereich. Die Abschirmung umgibt die Schwingspule (2) vollständig und bildet einen Faraday-Käfig um die Schwingspule herum. Auf diese Weise kann der Lautsprecher ohne Verwendung eines separaten Tiefpaßfilters unmittelbar an einem Verstärker betrieben werden, der im Schalterbetrieb arbeitet.A loudspeaker contains a shield (3, 4, 5; 5, 6; 3, 7, 8) for electromagnetic radiation in the radio frequency range. The shield completely surrounds the voice coil (2) and forms a Faraday cage around the voice coil. In this way, the loudspeaker can be operated directly on an amplifier which operates in the switch mode without using a separate low-pass filter.

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 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 is relatively expensive and takes up a lot of space.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lautsprecher zu schaffen, der 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 that can be controlled directly by an amplifier that works in the switch mode without using a separate low-pass filter.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch einen Lautsprecher nach Anspruch 1 gelöst.This object is achieved according to the invention by a loudspeaker according to claim 1.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß man an sich zwar ohne ein Tiefpaßfilter zwischen Verstärker und Lautsprecher auskommt, 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, daß in einem solchen Fall aber die elektroakustischen Wandlerelemente des Lautsprechers infolge der Flankensteilheit der Rechteckimpulse eine erhebliche elektromagnetische Störstrahlung im Radiofrequenzbereich erzeugen.The invention is based on the knowledge that one does not need a 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, that in such a case, however, the electroacoustic transducer elements of the loudspeaker generate considerable electromagnetic interference radiation in the radio frequency range due to the steepness of the edges of the rectangular pulses.

Es hat sich gezeigt, daß man einen Lautsprecher gemäß der Erfindung unmittelbar an einen Verstärker anschließen kann, der im Schalterbetrieb arbeitet, sofern zumindest die Schwingspule des Lautsprechers nach außen hin abgeschirmt ist, da die Schwingspule die wesentliche Quelle von Störstrahlung bildet. Im Falle von anderen Lautsprechersystemen kann es andere elektromagnetische Wandlerelemente geben, welche die wesentliche Quelle von Störstrahlung bilden und entsprechend abzuschirmen sind.It has been shown that a loudspeaker according to the invention can be connected directly to an amplifier which operates in switch mode, provided that at least the voice coil of the loudspeaker is shielded from the outside, since the voice coil forms the essential source of interference radiation. In the case of other loudspeaker systems, there may be other electromagnetic transducer elements which form the essential source of interference radiation and are to be shielded accordingly.

Eine besonders einfach herstellbare Abschirmung ist ein Faraday-Kätig, dessen Maschenweite kleiner als die kleinste Wellenlänge der abzuschirmenden elektromagnetischen Strahlung ist. Das heißt nicht, daß der Faraday-Käfig überall eine Gitterstruktur aufweisen muß, sondern er kann ganz oder teilweise auch aus massivem Metall oder einer geschlossenen Metallschicht auf Bauteilen des Lautsprechers bestehen.A shield that is particularly easy to produce is a Faraday kät, the mesh size of which is smaller than the smallest wavelength of the electromagnetic radiation to be shielded. This does not mean that the Faraday cage must have a lattice structure everywhere, but it can also consist entirely or partially of solid metal or a closed metal layer on components of the loudspeaker.

In einer Ausführungsform wird auf der Vorderseite des Lautsprechers ein leitendes Gitter angebracht. Zur Abschirmung der Rückseite des Lautsprechers kann der Lautsprecherkorb bzw. das Lautsprecherchassis geeignet ausgebildet werden, z.B. ebenfalls als Gitter. Es hat sich gezeigt, daß die Löcher im Gitter bzw. im Lautsprecherchassis wenigstens 30 % seiner Gesamtoberfläche ausmachen sollten, um Störgeräusche infolge der Luftströmung durch das Gitter zu vermeiden. Ein Anteil der Löcher an der Gesamtoberfläche von 30 % reicht aus, um auch sehr niederfrequente Störstrahlung aus den elektromagnetischen Wandlerelementen vollständig abzuschirmen. In Fallen, in denen die abzuschirmende elektromagnetische Strahlung eher hochfrequent ist, kann der Anteil der Löcher an der Gesamtoberfläche wesentlich größer als 30% sein, so daß die Luft weitgehend ungehindert durch das Gitter strömen kann.In one embodiment, a conductive grille is attached to the front of the speaker. The loudspeaker basket or the loudspeaker chassis can be suitably designed to shield the rear of the loudspeaker, e.g. also as a grid. It has been shown that the holes in the grille or in the loudspeaker chassis should make up at least 30% of its total surface area in order to avoid noise due to the air flow through the grille. A 30% share of the holes in the total surface area is sufficient to completely shield even very low-frequency interference radiation from the electromagnetic transducer elements. In cases in which the electromagnetic radiation to be shielded is rather high-frequency, the proportion of holes in the total surface can be considerably greater than 30%, so that the air can flow through the grating largely unhindered.

Verstärker, die unstetig im Schalterbetrieb arbeiten, können wegen ihrer geringen Verlustleistung äußerst klein und kompakt aufgebaut werden. Ein solcher Verstärker kann ebenfalls innerhalb der Abschirmung untergebracht werden, so daß die vom Verstärker ausgehende Störstrahlung ebenfalls unwirksam gemacht wird. Unter Umständen können auch noch weitere elektronische Schaltungen innerhalb der Abschirmung untergebracht werden, etwa ein digitaler Signalprozessor, der von außen zugeführte Tonfrequenzsignale in pulsbreitenmodulierte Signale umwandelt und dem Verstärker zuführt. Auf diese Weise erhält man einen äußerst kompakt aufgebauten und gleichzeitig störstrahlungsarmen Aktivlautsprecher.Amplifiers that work discontinuously in switch mode can be built extremely small and compact due to their low power loss. Such an amplifier can also be housed within the shield, so that the interference radiation emanating from the amplifier is also rendered ineffective. Under Under certain circumstances, further electronic circuits can also be accommodated within the shield, for example a digital signal processor which converts audio frequency signals supplied from outside into pulse-width-modulated signals and feeds them to the amplifier. In this way you get an extremely compact and at the same time low-noise active loudspeaker.

Um die Störstrählung von der Schwingspule des Lautsprechers zusätzlich bzw. auch in Frequenzbereichen zu unterdrücken, in denen das gewählte Gitter nicht zu 100% abschirmt, kann ein besonderer Schwingspulenkörper verwendet werden. Dazu werden eine Bahn aus einem leitenden Material und eine Bann aus einem isolierenden Material übereinandergelegt und gemeinsam aufgewickelt, um einen zylindrischen Schwingspulenkörper zu bilden, auf den dann die Schwingspulenwicklung gelegt wird. Auf diese Weise erhält die Schwingspule eine wesentlich größere Streukapazität als herkömmliche Schwingspulen. Die Streukapazität bildet zusammen mit der Induktivität der Schwingspule ein Tiefpaßfilter zweiter Ordnung. Für sehr hohe Signalfrequenzen stellt die Schwingspule einen Kurzschluß dar. Durch die Integration eines Tiefpaßfilters zweiter Ordnung in die Schwingspule werden keine externen Filterbauelemente benötigt, und es entsteht wesentlich weniger Störstrahlung als bei Verwendung eines externen Tiefpaßfilters aus diskreten Induktoren und Kondensatoren.In order to suppress the interference radiation from the voice coil of the loudspeaker additionally or also in frequency ranges in which the selected grating is not 100% shielded, a special voice coil former can be used. For this purpose, a web of a conductive material and a spell of an insulating material are superimposed and wound up together to form a cylindrical voice coil former on which the voice coil winding is then placed. In this way, the voice coil has a significantly larger stray capacity than conventional voice coils. The stray capacitance, together with the inductance of the voice coil, forms a second-order low-pass filter. The voice coil constitutes a short circuit for very high signal frequencies. The integration of a second-order low-pass filter in the voice coil means that no external filter components are required, and there is considerably less interference radiation than when using an external low-pass filter composed of discrete inductors and capacitors.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung. Deren einzige Figur zeigt eine schematische Schnittansicht eines elektromagnetisch abgeschirmten Lautsprechers.Further features and advantages of the invention result from the subclaims and from the following description of several exemplary embodiments with reference to the drawing. The only figure shows a schematic sectional view of an electromagnetically shielded loudspeaker.

Der Lautsprecher enthält eine Membran 1, eine Schwingspule 2, einen Topfmagneten 3 und einen Korb 4, an dem der Topfmagnet 3 befestigt ist und an dem die Membran 1 flexibel aufgehängt ist.The loudspeaker contains a membrane 1, a voice coil 2, a pot magnet 3 and a basket 4 to which the pot magnet 3 is attached and on which the membrane 1 is flexibly suspended.

Die Vorderseite des Lautsprechers bedeckt ein Metallgitter 5 mit einer Vielzahl von kleinen Löchern. Das Metallgitter 5 läßt bis zu einer Wellenlänge, die ungefähr gleich dem maximalen Abstand zwischen zwei leitenden Stellen darauf ist, im wesentlichen keine elektromagnetische Strahlung durch.The front of the loudspeaker is covered by a metal grille 5 with a large number of small holes. The metal grating 5 transmits essentially no electromagnetic radiation up to a wavelength which is approximately equal to the maximum distance between two conductive points thereon.

Die Rückseite des Lautsprechers wird dadurch abgeschirmt, daß der Korb 4 ebenfalls als leitendes Gitter mit einer Vielzahl von kleinen Löchern ausgebildet ist. Das Metallgitter 5 und der Korb 4 werden leitend miteinander verbunden, beispielsweise durch einen leitenden Klebstoff oder durch Preßdruck.The back of the speaker is shielded by the fact that the basket 4 is also formed as a conductive grille with a plurality of small holes. The metal grid 5 and the basket 4 are conductively connected to one another, for example by a conductive adhesive or by pressure.

Anstelle des Metallgitters 5 kann beispielsweise auch ein metallisiertes Kunststoffteil mit einer Vielzahl von Löchern oder dergleichen verwendet werden. Entsprechendes gilt für den Korb 4.Instead of the metal grid 5, for example, a metallized plastic part with a plurality of holes or the like can also be used. The same applies to basket 4.

Die Rückseite des Lautsprechers kann alternativ oder zusätzlich durch ein becherförmiges Chassis 6 abgeschirmt werden, das den Korb 4 und den Topfmagnet 3 umgibt, wie in der Figur gestrichelt eingezeichnet. Das Chassis 6 kann ebenfalls als leitendes Gitter ausgebildet sein, aber auch vollständig metallisch oder metallisiert sein, wenn das Arbeitsvolumen des Lautsprechers hinter der Membran 1 groß genug ist.The back of the loudspeaker can alternatively or additionally be shielded by a cup-shaped chassis 6 which surrounds the basket 4 and the pot magnet 3, as shown in dashed lines in the figure. The chassis 6 can also be designed as a conductive grid, but can also be completely metallic or metallized if the working volume of the loudspeaker behind the membrane 1 is large enough.

Die Schwingspule 2 kann alternativ oder zusätzlich durch eine runde Kappe 7 im Inneren in der Membran 1 nach vorne abgeschirmt werden, wobei die Kappe 7 eine leitende Oberfläche aufweist bzw. ein leitendes Gitter ist. Um die Schwingspule 2 vollständig elektromagnetisch einzukapseln, kann entweder die Membran 1 bis zu ihrer Verbindung mit dem Korb 4 metallisiert werden, d.h. auch auf ihrer Umrandung 11, oder es wird ein ringförmiger flexibler Balg 8, wie er häufig um die Schwingspule 2 herum vorgesehen ist, mit einer leitenden Oberfläche oder Gitterstruktur versehen und in die Abschirmung mit einbezogen.The voice coil 2 can alternatively or additionally be shielded from the front by a round cap 7 inside the membrane 1, the cap 7 having a conductive surface or being a conductive grid. In order to encapsulate the voice coil 2 completely electromagnetically, either the membrane 1 can be metallized up to its connection to the basket 4, i.e. also on its border 11, or an annular flexible bellows 8, as is often provided around the voice coil 2, is provided with a conductive surface or lattice structure and included in the shielding.

Axial innerhalb und unmittelbar vor der Schwingspule 2, d.h. an der Stelle, an der bei manchen Lautsprechern ein zusätzlicher Hochtöner angeordnet ist, befindet sich eine kleine Leiterplatte 9, die am inneren Pol des Topfmagneten 3 befestigt ist.Axially inside and immediately in front of the voice coil 2, i.e. at the point where an additional tweeter is arranged in some speakers, there is a small circuit board 9 which is attached to the inner pole of the pot magnet 3.

Die Leiterplatte 9 trägt Verstärkerbauelemente 10, beispielsweise integrierte Schaltkreise und dergleichen. Bauelemente zur Erzeugung der pulsbreitenmodulierten Signale, die in dem Verstärker verstärkt werden, können ebenfalls auf der Leiterplatte 9 angeordnet sein. Sämtliche Bauelemente, die elektromagnetische Störstrahlung abgeben können, befinden sich somit innerhalb der Abschirmung, und man erhält einen äußerst störstrählungsarmen und kompakten Aktivlautsprecher. Diesem Aktivlautsprecher werden von außen eine Versorgungsspannung, Steuersignale und Kleinleistungs-NF-Signale zugeführt. Die Steuersignale und die NF-Signale können auch optisch zugeführt werden, z.B. über einen Lichtleiter, so daß der Lautsprecher rückwirkungsfrei ist und der Aufwand für Metallkabel minimal ist.The printed circuit board 9 carries amplifier components 10, for example integrated circuits and the like. Components for generating the pulse-width-modulated signals, which are amplified in the amplifier, can also be arranged on the printed circuit board 9. All components that can emit electromagnetic interference are located within the shield, and you get an extremely low-interference and compact active speaker. This active loudspeaker is supplied with a supply voltage, control signals and Low power LF signals fed. The control signals and the low-frequency signals can also be supplied optically, for example via an optical fiber, so that the loudspeaker is non-reactive and the effort for metal cables is minimal.

Verstärker, die im Schalterbetrieb arbeiten, können so weit miniaturisiert werden, daß es außerdem möglich ist, die Halbleiter-Wafer von entsprechenden integrierten Schaltungen direkt, d.h. ohne Gehäuse, an der Schwingspule 2 bzw. der Membran 1 zu befestigen, wobei sie im Betrieb des Lautsprechers mitschwingen.Amplifiers operating in the switch mode can be miniaturized to such an extent that it is also possible to directly, i.e., the semiconductor wafers from corresponding integrated circuits. without housing, to be attached to the voice coil 2 or the membrane 1, whereby they vibrate during operation of the loudspeaker.

Alternativ können die Verstärkerbauelemente 10 bzw. sonstigen Bauelemente alle oder teilweise auf der Rückseite des Korbs 4 montiert werden. In diesem Fall können sie durch das Chassis 6 nach außen abgeschirmt werden und erforderlichenfalls durch den Korb 4, die Kappe 7 und/oder den Balg 8 von der Schwingspule 2 abgeschirmt werden.Alternatively, all or some of the amplifier components 10 or other components can be mounted on the back of the basket 4. In this case, they can be shielded from the outside by the chassis 6 and, if necessary, can be shielded from the voice coil 2 by the basket 4, the cap 7 and / or the bellows 8.

Claims

Loudspeaker with electroacoustic transducer elements, characterized by a shield (3, 4, 5; 5, 6; 3, 7, 8) for electromagnetic radiation in the radio frequency range, the shield completely surrounding the electroacoustic transducer elements (2).

Loudspeaker according to claim 1, characterized in that the shield is a Faraday cage (3, 4, 5; 5, 6; 3, 7, 8), the maximum mesh size of which is smaller than the smallest wavelength of the electromagnetic radiation to be shielded.

Loudspeaker according to claim 1 or 2, characterized in that the shield contains a conductive grating (5) on the front of the loudspeaker.

Loudspeaker according to one of the preceding claims, characterized in that the shield contains a conductive grating (4) as a loudspeaker basket (4) or on the loudspeaker basket.

Loudspeaker according to claim 3 or 4, characterized in that the proportion of the conductive surface of the grating (4; 5) on its oesamt surface is less than approximately 70%.

Loudspeaker according to one of the preceding claims, characterized in that a loudspeaker chassis (6) is designed as a shield.

Loudspeaker according to one of the preceding claims, characterized in that the shielded electroacoustic transducer elements comprise a voice coil (2) of the loudspeaker.

Loudspeaker according to claim 7, characterized in that there is also an amplifier (9, 10) within the shield, which operates in the switch mode.

Loudspeaker according to Claim 8, characterized in that there is also an electronic circuit (10) within the shield which converts audio frequency signals supplied from the outside into pulse-width-modulated signals and feeds them to the amplifier.

Loudspeaker according to Claim 8 or Claim 9, characterized in that the amplifier or the electronic circuit is fastened to a magnet (3) of the loudspeaker and, by means of a membrane (1) of the loudspeaker, its border (11), a dust cap (7) and the loudspeaker basket (4) is shielded.

Loudspeaker according to one of the preceding claims, characterized in that a membrane (1), an annular bellows (8) for holding the voice coil (2), a dust cap (7) and a border (11) of the membrane (1) are electrically conductive .

Loudspeaker according to one of claims 7 to 11, characterized in that the voice coil (2) of the loudspeaker contains a voice coil bobbin which has a plurality of alternating layers of a conductive material and a dielectric material.