EP1047284A2 - Elektroakustischer Wandler für extreme Druckbelastungen - Google Patents

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EP1047284A2
EP1047284A2 EP00890125A EP00890125A EP1047284A2 EP 1047284 A2 EP1047284 A2 EP 1047284A2 EP 00890125 A EP00890125 A EP 00890125A EP 00890125 A EP00890125 A EP 00890125A EP 1047284 A2 EP1047284 A2 EP 1047284A2
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EP
European Patent Office
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membrane
converter according
area
support
central part
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EP00890125A
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Bernard Ing. Bruna
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AKG Acoustics GmbH
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AKG Acoustics GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R9/00—Transducers of moving-coil, moving-strip, or moving-wire type
    • H04R9/06—Loudspeakers

Definitions

  • the invention relates to an electroacoustic transducer with a membrane that has a central part and an edge part and one directly at their transition area or indirectly attached coil in an annular Gap between two yoke parts of a magnet system for extreme pressure loads.
  • Electroacoustic transducers especially those for portable ones Phones essentially consist of a capsule, which in turn consists of an upper part and a lower part, from a magnet with a mostly two-part Yoke and a membrane that carries a coil.
  • the membrane is usually essentially ring-shaped Edge part and a dome-shaped or dome-shaped central part to distinguish.
  • the membrane is with her fixed outer edge, mostly between the upper and the Lower part of the capsule clamped or glued on.
  • the coil is attached in the area of the membrane in which the edge part with the central part comes together.
  • the attachment can be directly on the membrane or on a coil carrier (if necessary through special training the membrane can be omitted in this area).
  • the coil extends into a circular slot between the Yoke parts of the magnet, making the electro-acoustic Depending on the design, transducers as microphones or loudspeakers works.
  • the invention aims to be an electroacoustic To create converters that do not have the disadvantages shown has and both against extreme pressure surges as is also stable against water.
  • these objects are achieved in that water-resistant material known per se as membrane material Plastic such as polycarbonate, polyetherester urethane or PETP film, for example Mylar, is used and that at least in the central part of the membrane between the membrane and the underlying yoke part a mechanical support is provided at a distance from the membrane.
  • membrane material Plastic such as polycarbonate, polyetherester urethane or PETP film, for example Mylar
  • a mechanical support is provided at a distance from the membrane.
  • the distance of the membrane from the support in the "idle state" - equal pressure on both sides of the membrane - must be larger than the largest in normal operation deflection of the membrane. This deflection can with knowledge of the membrane used and its mechanical Reaction to sound waves (microphone) or to the largest intended currents (loudspeakers or ear capsule) can be easily calculated by a specialist.
  • this distance be smaller than there is an irreversible deformation of the Membrane corresponds.
  • This value is also known to the Invention by a specialist in an envisaged membrane easy to calculate or with a few simple ones Try to determine.
  • that between the Both boundaries available area is relatively large is and that no disadvantages occur when the mechanical Support until it is relatively close to the membrane.
  • the mechanical support does not have to be the whole, under cover the central part of the membrane, but can have a preferably circular area in the Center capture, its diameter between 20%, preferred 40%, and 80% of the diameter of the one under the central part of the membrane lying yoke part. In order to the support surface reached (in the projection) is between 4%, preferably 16%, and particularly preferably 64% this area.
  • the mechanical support surface can depend on the desired acoustic influence on the transducer his. So it is possible to change the contact area (below in this description the area of both the membrane as well as the support surface understood that with each other come into contact) “dense” or “permeable”.
  • Dense means any essentially airtight Contact area, under permeable any air permeable Contact area.
  • permeable contact surfaces are grids or sieve-like structures, scaffold-like Struts (similar to an umbrella frame) and the like, dense contact areas are for example To achieve platelets made of plastic or metal.
  • the mechanical support becomes an acoustic friction set the characteristic in a predictable manner of the converter. It is according to the invention in this way possible, desired characteristics by an appropriate Design of the mechanical support better to achieve than before or at all for the first time.
  • annular edge part of the membrane with a corresponding one mechanical support.
  • This is essentially toroidal and has one of the undeformed Edge zone roughly corresponding shape of their contact surface on. What in this description about the central part the membrane is said to be mutatis mutandis also for their marginal part.
  • An electroacoustic transducer has one from an upper part 1 and a lower part 2 existing capsule.
  • a magnet 3 on a lower yoke part 4 stored and carries an upper yoke part 5.
  • the lower Yoke part 4 has a bowl shape with a retracted upper edge. Between the two yoke parts 4, 5 remain an annular Gap free.
  • a membrane 6 is between the two capsule parts 1, 2 pinched and / or glued.
  • the membrane 6 has one Edge part 7 and a central part 8.
  • a coil 9 is attached, for example glued. This coil protrudes into the annular gap between the two Yoke parts 4, 5.
  • a mechanical support 10 In the space below the central part 8 of the membrane 6 a mechanical support 10 according to the invention is provided.
  • this has Support 10 in the shape of a mushroom, i.e. she is with a central foot, with which they on the yoke part 5 attached, for example glued.
  • the yoke part 5 is usually circular, since it together with the yoke part 4 forms a circular slot into which the coil 9 projects.
  • the Size of the area of the yoke part 5 corresponds to the same reason practically completely the area of the Central parts 8 of the membrane 6, so that between the two Areas or their sizes do not have to be differentiated.
  • the diameter is the circular support 10 almost 100% of Diameter of the yoke part 5, but this is as above executed, not necessary.
  • the support 10 is in the embodiment shown represented by a solid line, but this is not Reference to the selected permeability of the contact surface. As indicated above, this permeability can be extended Limits can be chosen freely or depending on the desired acoustic characteristics can be selected.
  • the edge part no supports are provided for the membrane, but it is easy for the person skilled in the art, also to place a support in this area.
  • the capsule part 2 made of plastic can be one Support, e.g. in the form of radial ribs, in one piece with the capsule part 2, thus practically without Additional costs to be manufactured.
  • the membrane 6 shown and in particular the type of Attachment of the coil 9 to the membrane corresponds to that well-known prior art, of which there are many variations and there are further developments, but based on the invention have no influence and therefore not closer here must be explained.
  • the structure of the capsule may differ be formed without influencing the invention to have. Limiting the deformation is essential the membrane under external pressure on one Measure that it does not leave its elastic range yet.
  • the device into which the capsule according to the invention is installed not under water is used, but the invention enables such Device, for example a cell phone (cell phone) to be carried in the water and after leaving it shake out the water that has entered the capsule and use the device.
  • a cell phone cell phone

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektroakustischen Wandler mit einer Membrane (6), die einen Zentralteil (8) und einen Randteil (7) aufweist und eine an deren Übergangsbereich direkt oder indirekt befestigte Spule (9), die in einen ringförmigen Spalt zwischen zwei Jochteilen (4, 5) ragt Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß im Raum zwischen dem Zentralteil (8) und dem zugehörigen Jochteil (5) eine mechanische Abstützung (10) im Abstand von der Membrane angeordnet ist. Ausgestaltungen betreffen die Art und Ausbildung der Abstützung und eine analoge Abstützung für den Randteil (7) der Membran (6). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen elektroakustischen Wandler mit einer Membrane, die einen Zentralteil und einen Randteil aufweist und eine an deren Übergangsbereich direkt oder indirekt befestigte Spule, die in einen ringförmigen Spalt zwischen zwei Jochteilen eines Magnetsystems ragt, für extreme Druckbelastungen.
Elektroakustische Wandler, insbesondere solche für tragbare Telefone, bestehen im wesentlichen aus einer Kapsel, die wiederum aus einem Oberteil und einem Unterteil besteht, aus einem Magneten mit einem zumeist zweiteiligen Joch und einer Membrane, die eine Spule trägt.
Bei der Membrane ist zumeist ein im wesentlichen ringförmiger Randteil und ein kalotten- bzw. kuppelförmiger Zentralteil zu unterscheiden. Die Membrane ist mit ihrem äußeren Rand fixiert, zumeist zwischen dem Ober- und dem Unterteil der Kapsel eingeklemmt oder auch angeklebt. In dem Bereich der Membrane, in dem der Randteil mit dem Zentralteil zusammenkommt, ist die Spule befestigt. Die Befestigung kann direkt an der Membrane oder auf einem Spulenträger (der gegebenenfalls durch eine spezielle Ausbildung der Membrane in diesem Bereich wegfallen kann) erfolgen.
Die Spule ragt in einen kreisförmigen Schlitz zwischen den Jochteilen des Magneten, wodurch der elektroakustische Wandler je nach Auslegung als Mikrophon oder Lautsprecher funktioniert.
Beim Auftreffen extremer Druckstöße auf die Membrane kann es nun zu Problemen mit der mechanischen Stabilität der Membrane kommen. Ein weiteres Problem liegt darin, daß für viele Anwendungen die Widerstandskraft elektronischer Geräte gegen den Einfluß von Wasser in letzter Zeit stark erhöht wurde, dies bei tragbaren Telefonen, Mikrofonen etc. aber nicht ohne Änderungen (Schutzhüllen oder besondere Ausgestaltung) möglich war, die den Gebrauchswert des Gegenstandes im "Normalbetrieb" wesentlich herabsetzten.
Aus der DE 39 35 786 A1 ist es bei Lautsprechern bekannt, zur Vermeidung des sogenannten Resonanzpeaks bei höheren Frequenzbereichen an der Unterseite der konkav gewölbten Membrane ein elastisch verformbarer Körper geklebt wird.
Aus der US 4,399,334 A ist es bei Lautsprechern bekannt, zur Vermeidung des vollständigen Austretens der Spule aus dem Spaltbereich an der Abdeckung des Lautsprechers einen zur Membrane gerichteten Anschlag vorzusehen, der die maximale Austrittshöhe der Membrane aus dem Spalt begrenzt.
Die Erfindung zielt darauf ab, einen elektroakustischen Wandler zu schaffen, der die aufgezeigten Nachteile nicht aufweist und sowohl gegenüber extremen Druckstößen als auch gegenüber Wasser stabil ist.
Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben dadurch gelöst, daß als Membranenmaterial an sich bekannter wasserresistenter Kunststoff wie Polycarbonat, Polyetheresterurethan oder PETP-Folie, beispielsweise Mylar, verwendet wird und daß zumindest im Zentralteil der Membran zwischen der Membran und dem darunter liegenden Jochteil eine mechanische Abstützung im Abstand von der Membrane vorgesehen ist. Auf diese Weise wird beim Auftreten großer Drücke, wie sie beispielsweise beim Transport im Wasser bis zu einigen Metern Tiefe auftreten, die Membrane nicht flach an den darunterliegenden Jochteil gedrückt und dabei irreversibel deformiert sondern stützt sich noch in einem Deformationsbereich auf der Abstützung ab, der sicher im elastischen Bereich der Membrane liegt.
Der Abstand der Membrane von der Abstützung im "Ruhezustand" - gleicher Druck zu beiden Seiten der Membrane - muß größer sein als die größte im Normalbetrieb auftretende Auslenkung der Membrane. Diese Auslenkung kann in Kenntnis der jeweils verwendeten Membrane und deren mechanischer Reaktion auf auftreffende Schallwellen (Mikrophon) bzw. auf die größten vorgesehenen Ströme (Lautsprecher bzw. Ohrkapsel) vom Fachmann leicht berechnet werden.
Dieser Abstand muß anderseits, wie oben kurz ausgeführt, kleiner sein als es einer irreversiblen Deformation der Membrane entspricht. Auch dieser Wert ist in Kenntnis der Erfindung vom Fachmann für eine ins Auge gefaßte Membrane leicht zu berechnen bzw. mit einigen wenigen einfachen Versuchen zu bestimmen. Dazu kommt, daß der zwischen den beiden Grenzen bestehende verfügbare Bereich relativ groß ist und daß keine Nachteile auftreten, wenn die mechanische Abstützung bis relativ knapp an die Membrane heranreicht.
Es sind Abstände zwischen der Membran und der mechanischen Abstützung, die dem Doppelten, bevorzugt dem Dreifachen und besonders bevorzugt dem Zehnfachen des oben angegebenen Mindestabstandes entsprechen, gut verwendbar.
Die mechanische Abstützung muß nicht die gesamte, unter dem Zentralteil der Membran befindliche Fläche abdecken, sondern kann einen, bevorzugt kreisförmigen, Bereich im Zentrum erfassen, dessen Durchmesser zwischen 20 %, bevorzugt 40 %, und 80 % des Durchmessers des unter dem Zentralteil der Membran liegenden Jochteiles beträgt. Damit beträgt die erreichte Stützfläche (in der Projektion) zwischen 4 %, bevorzugt 16 %, und besonders bevorzugt 64 % dieser Fläche.
Die Mechanische Stützfläche kann in Abhängigkeit von der gewünschten akustischen Beeinflussung des Wandlers ausgebildet sein. So ist es möglich, die Kontaktfläche (darunter wird in dieser Beschreibung die Fläche sowohl der Membran als auch der Stützfläche verstanden, die miteinander in Kontakt kommen) "dicht" oder auch "durchläßig" auszubilden.
Unter dicht versteht man jede im wesentlichen luftundurchläßige Kontaktfläche, unter durchläßig jede luftdurchläßige Kontaktfläche. Beispiele für durchläßige Kontaktflächen sind Gitter oder siebartige Strukturen, gerüstartige Streben (ähnlich einem Regenschirmgestell) und ähnliches, dichte Kontaktflächen sind beispielsweise durch Plättchen aus Kunststoff oder Metall zu erzielen.
Es ist aufgrund des Vorstehenden leicht ersichtlich, daß es einen praktisch stetigen Übergang von dichten zu durchläßigen Kontaktflächen gibt, wenn man nur die Möglichkeit betrachtet, in einem Kunststoffplättchen keine oder verschieden viele und/oder verschieden große Löcher vorzusehen, bis es letztlich zu einer Art eines steifen Netzes wird.
Durch die Festlegung der Geometrie und der Durchläßigkeit der mechanischen Abstützung wird eine akustische Reibung festgelegt, die auf vorhersehbare Weise die Charakteristik des Wandlers beinflußt. Es ist auf diese Weise erfindungsgemäß möglich, gewünschte Charakteristika durch eine entsprechende Ausgestaltung der mechanischen Abstützung besser als bisher oder überhaupt erstmals zu erzielen.
Bei verschiedenen Anwendungen kann es vorteilhaft sein, auch den ringförmigen Randteil der Membran mit einer entsprechenden mechanischen Abstützung zu versehen. Diese ist im wesentlichen toroidförmig und weist eine der undeformierten Randzone in etwa entsprechende Form ihrer Kontaktfläche auf. Was in dieser Beschreibung über den Zentralteil der Membrane gesagt wird, gilt mutatis mutandis auch für deren Randteil.
Die Erfindung wird in der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine erfindungsgemäß ausgebildete Kapsel im Schnitt.
Ein elektroakustischer Wandler weist eine aus einem Oberteil 1 und einem Unterteil 2 bestehende Kapsel auf. Im Unterteil 2 ist ein Magnet 3 auf einem unteren Jochteil 4 gelagert und trägt einen oberen Jochteil 5. Der untere Jochteil 4 hat Napfform mit eingezogenem oberen Rand. Zwischen den beiden Jochteilen 4, 5 bleibt ein ringförmiger Spalt frei.
Eine Membrane 6 ist zwischen den beiden Kapselteilen 1, 2 eingeklemmt und/oder angeklebt. Die Membrane 6 weist einen Randteil 7 und einen Zentralteil 8 auf. Am Übergangsbereich ist eine Spule 9 befestigt, beispielsweise angeklebt. Diese Spule ragt in den Ringspalt zwischen den beiden Jochteilen 4, 5.
Im Raum unterhalb des Zentralteiles 8 der Membrane 6 ist eine erfindungsgemäße mechanische Abstützung 10 vorgesehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel hat diese Abstützung 10 die Form eines Pilzes, d.h. sie ist mit einem zentralen Fuß versehen, mit dem sie auf dem Jochteil 5 befestigt, beispielsweise angeklebt, ist.
Es sind selbstverständlich andere Ausbildungen möglich, beispielsweise polsterartige mit einer großen Kontaktfläche mit dem Jochteil 5. Der Jochteil 5 ist üblicherweise kreisförmig, da er ja gemeinsam mit dem Jochteil 4 den kreisförmigen Schlitz bildet, in den die Spule 9 ragt. Die Größe der Fläche des Jochteiles 5 entspricht aus dem gleichen Grund praktisch vollständig der Fläche des Zentralteile 8 der Membrane 6, sodaß zwischen den beiden Flächen bzw. deren Größen nicht unterschieden werden muß.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser der kreisförmig ausgebildeten Abstützung 10 fast 100 % des Durchmessers des Jochteiles 5, doch ist dies, wie oben ausgeführt, nicht notwendig.
Der eigentlich in Kontakt mit der Membrane kommende Teil der Abstützung 10 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel mit einer durchgehenden Linie dargestellt, doch ist dies kein Hinweis auf die gewählte Durchläßigkeit der Kontaktfläche. Diese Durchläßigkeit kann, wie oben angegeben, in weiten Grenzen frei gewählt werden bzw. in Abhängigkeit von den gewünschten akustischen Charakteristika gewählt werden.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind für den Randteil 7 der Membrane keine Abstützungen vorgesehen, doch ist es dem Fachmann in Kenntnis der Erfindung ein Leichtes, auch in diesem Bereich eine Abstützung anzuordnen. Bei der Ausbildung des Kapselteiles 2 aus Kunststoff kann eine solche Abstützung, z.Bsp. in Form von radial verlaufenden Rippen, einstückig mit dem Kapselteil 2, somit praktisch ohne Mehrkosten, hergestellt werden.
Die dargestellte Membran 6 und insbesondere die Art der Befestigung der Spule 9 an der Membrane entspricht dem wohlbekannten Stand der Technik, von dem es viele Varianten und auch Weiterbildungen gibt, die aber auf die Erfindung keinen Einfluß haben und daher hier nicht näher erläutert werden müssen.
Es kann die Kapsel überhaupt in ihrem Aufbau anders als dargestellt ausgebildet sein, ohne auf die Erfindung Einfluß zu haben. Wesentlich ist die Begrenzung der Deformation der Membrane unter äußerem Überdruck auf ein solches Maß, daß sie ihren Elastizitätsbereich noch nicht verläßt.
Es ist selbstverständlich, daß die Vorrichtung, in die die erfindungsgemäße Kapsel eingebaut ist, nicht unter Wasser verwendet wird, doch ermöglicht es die Erfindung, ein derartiges Gerät, beispielsweise ein Handy (Mobiltelefon) auch im Wasser bei sich zu tragen und nach Verlassen desselben das in die Kapsel eingedrungene Wasser auszuschütteln und das Gerät zu verwenden.

Claims (11)

  1. Elektroakustischer Wandler mit einer Membrane (6), die einen Zentralteil (8) und einen Randteil (7) aufweist und eine an deren Übergangsbereich direkt oder indirekt befestigte Spule (9), die in einen ringförmigen Spalt zwischen zwei Jochteilen (4, 5) ragt, dadurch gekennzeichnet, daß im Raum zwischen dem Zentralteil (8) und dem zugehörigen Jochteil (5) eine mechanische Abstützung (10) im Abstand von der Membrane angeordnet ist.
  2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der Abstützung zumindest 25 % der Fläche des Jochteiles (5) beträgt.
  3. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der Abstützung zumindest 50 % der Fläche des Jochteiles (5) beträgt.
  4. Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Zentralteil (8) der Membrane (6) und der Stützfläche (10) kleiner ist, als es der Elastizitätsgrenze der Membrane (6) entspricht.
  5. Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Zentralteil (8) der Membrane (6) und der Stützfläche (10) größer ist, als es der maximalen Deformation der Membrane im Betrieb entspricht.
  6. Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Zentralteil (8) der Membrane (6) und der Stützfläche (10) größer ist, als es der 5-fachen maximalen Deformation der Membrane im Betrieb entspricht.
  7. Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Zentralteil (8) der Membrane (6) und der Stützfläche (10) größer ist, als es der 10-fachen maximalen Deformation der Membrane im Betrieb entspricht.
  8. Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (6) aus wasserfestem Material, beispielsweise aus Kunststoff wie Polycarbonat, Polyetheresterurethan oder PETP-Folie, beispielsweise Mylar, besteht.
  9. Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Randteiles (7) der Membrane (6) eine mechanische Abstützung vorgesehen ist.
  10. Wandler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung im Bereich des Randteiles (7) aus Vorsprüngen, bevorzugt aus radialen Rippen des Kapselteiles (2) besteht.
  11. Wandler nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllfläche der Abstützung im Bereich des Randteiles (7) im wesentlichen parallel zum Randteil (7) der Membrane (6) verläuft.
EP00890125A 1999-04-22 2000-04-20 Elektroakustischer Wandler für extreme Druckbelastungen Withdrawn EP1047284A3 (de)

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