EP1336322A2

EP1336322A2 - Elektromagnetischer treiber für einen plattenlautsprecher

Info

Publication number: EP1336322A2
Application number: EP01997969A
Authority: EP
Inventors: Wolfgang Bachmann; Hans-Jürgen Regl; Gerhard Krump; Andreas Ziganki
Original assignee: Harman Becker Automotive Systems GmbH
Current assignee: Harman Becker Automotive Systems GmbH
Priority date: 2000-11-23
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2003-08-20
Anticipated expiration: 2021-09-26
Also published as: US20070064972A1; DE50114531D1; DE10058104C2; WO2002043435A2; US20040028254A1; DE10058104A1; EP1336322B1; WO2002043435A3; US7302077B2; US7158651B2

Abstract

Elektromagnetischer Treiber mit einem weichmagnetischen Kern in einer drei Schenkel und einen Rücken aufweisenden E-Form, einem mit dem weichmagnetischen Kern magnetisch gekoppelten Wechselfelderreger zur Erzeugung eines von einem Tonsignal abhängigen magnetischen Wechselflusses in dem wiechmagnetischen Kern, einem mit dem weichmagnetischen Kern magnetisch gekoppelten Gleichfelderreger zur Erzeugung eines magnetischen Gleichflusses in dem weichmagnetischen Kern, einem die Schenkel über mindestens einen kleinen Induktionsspalt magnetisch abschliessenden, dem Rücken gegenüberliegenden weichmagnetischen Element zur kopplung mit der Platte des Plattenlautsprechers, wobei Wechselfluss und Gleichfluss unsymmetrisch einander überlagert sind derart, dass eine resultierende kraft oder ein resultierendes Drehmoment an dem wiechmagnetischen Element proportional zum Tonsignal ist.

Description

Beschreibung

Elektromagnetischer Treiber für einen Plattenlautsprecher

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Treiber für einen Plattenlautsprecher.

Elektromagnetische Wandler im allgemeinen sind beispielsweise aus der WO 95/14363 oder im besonderen mit Linearisierung der Kennlinie durch Einfügen eines Permanentmagneten beispielsweise aus der EP 0 774 880 oder der US 4,680,492 bekannt. Derartige Wandler finden vor allem als Signalgeber oder Türsummer Anwendung. Bezeichnend für diese Anwendungen ist es, dass die Nichtlinearität der Kraft-Strom-Kennlinie entweder nicht weiter stört (z. B. Beispiel wegen hoher Dämpfung der Oberschwingungen) oder aber durch Vormagnetisierung und geringe Aussteuerung die Nichtlinearität tolerierbar ist.

Plattenlautsprecher sind in einer Planar-Ausführung als Kolbenstrahler beispielsweise aus der US 5,539,835 oder der US 4,928,312 oder in der Mulitresonanz-Ausführung als Biegewellenstrahler beispielsweise aus der WO 97/09842 oder der DE 197 57 097 bekannt und bestehen neben der robusten, biegesteifen Platte (Membran) mit Halterung aus einem Antriebssystem (z. B. ein oder mehrere Treiber), das in einem oder mehreren Punkten die Anregungskraft auf die Platte bringt .

Darüber hinaus werden beispielsweise in der WO 97/17818 oder der US 5,638,456 piezoelektrische Treiber vorgeschlagen, welche zwar sehr robust sind, jedoch in der Praxis bei großen Platten durchweg zu schwach sind.

Elektrodynamische Antriebe entwickeln zwar eine ausreichende Kraft und eine ausreichende Auslenkung, haben aber im Zusammenhang mit der Plattenankopplung ein Setzungsproblem. Die üblichen Sandwichplatten aus miteinander verklebten, verschiedenartigen Materialien sind sehr leicht und biegesteif, aber langfristig nicht besonders formstabil. Insbesondere ändern bei der Herstellung der Sandwichplatten verwendete Klebeschichten ihre Konsistenz. So gibt beispielsweise die ständig wirksame Gravitation eine bestimmte Kriech- und Fließrichtung vor. Darüber hinaus führen thermische Beanspruchungen im Betrieb zu lokalen Erweichungen mit irreversiblen Formänderungen. Dies wiederum führt zu einem Versatz der auf der Platte befestigten Spule gegenüber ihrer ursprünglichen Position.

Jeder relative Versatz zwischen der unmittelbar auf der Platte befestigten Spule und dem weiter entfernt befestigten Magnetsystem erzeugt Verschiebungskomponenten, die die Spulenachse aus ihrer Normalposition kippen oder die Spule in eine exzentrische Lage verschieben. Dies kann dazu führen, dass die Schwingspule die Wände des Ringspalts im Magnetsystem streift und damit den Antrieb unbrauchbar macht.

Des weiteren besteht beim Betrieb von Biegewellenstrahlern das Problem, dass die üblichen Treiber eine unerwünschte

Pump-Bewegung ausführen, denn abweichend von Kolbenstrahlern ist bei Biegewellenstrahlern ein Verbiegen ohne "Pumpen" wünschenswert .

Darüber hinaus erlauben die bisher genannten Treiber beim Betrieb von Biegewellen keine Randanregung. Diese Anregungsposition ist jedoch erforderlich bei Verwendung transparenter Platten oder von Platten mit beidseitiger Nutzung als Bildfläche. Die beispielsweise aus der US 4,392,027 oder der DE 198 21 860 bekannten elektrodynamischen Treiber mit Kraftausübung normal zur Plattenfläche lassen sich zwar kostengünstig herstellen, haben aber den Nachteil einer relativ großen Bautiefe und eines relativ großen Flächenbedarfs zur Abstützung durch eine Außensicke. Hinzu kommt, dass gerade in der Randzone der Platte eine langfristig stabile Justierung der Position der Schwingspule gegenüber der Außensicke problematisch ist. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Treiber für einen Plattenlautsprecher anzugeben, der unempfindlicher gegenüber Setzungen ist.

Die Aufgabe wird durch einen elektromagnetischen Treiber gemäß den Patentansprüchen 1, 8, 9 und 10 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Vorteil der Erfindung ist es unter anderem, dass die Spulenhöhe (axial) sehr gering gehalten werden kann, wodurch eine minimale Dicke des Plattenlautsprechers erzielt werden kann.

Erreicht wird dies im einzelnen durch einen elektromagnetischen Treiber für einen Plattenlautsprecher, der einen weichmagnetischen Kern in einer drei Schenkel und einen Rücken aufweisenden E-Form sowie einen mit dem weichmagnetischen Kern magnetisch gekoppelten (insbesondere feststehenden) Wechselfelderreger zur Erzeugung eines von einem Tonsignal abhängigen magnetischen Wechselflusses in dem magnetischen Kern aufweist. Des weiteren ist ein mit dem weichmagnetischen Kern magnetisch gekoppelter Gleichfelderreger zur Erzeugung eines magnetischen Gleichflusses in dem weichmagnetischen Kern sowie ein die Schenkel über mindestens einen kleinen Induktionsspalt magnetisch abschließendes, dem Rücken gegenüberliegendes weichmagnetisches Element (z. B. Plättchen, magnetische Membran, Joch etc.) vorgesehen, wobei Wechselfluss und Gleichfluss unsymmetrisch einander überlagert sind der- art, dass je nach Ausformung eine resultierende Kraft oder ein resultierendes Drehmoment an dem weichmagnetischen Element sich im Wesentlichen linear zum Tonsignal verhält.

Eine erfindungswesentliche Maßnahme besteht also in der An- wendung des bekannten elektromagnetischen Wandlerprinzips, bei dem die Antriebsspule unbeweglich ist. Allerdings ist hier die magnetische Kraft proportional zum Quadrat der mag- netischen Induktion und damit zum Quadrat eines die Antriebs- spule durchfließenden Tonsignalstromes. Ohne Schwingspule und ohne eng tolerierten Schwingspalt lassen sich andererseits die unvermeidlichen Setzungen wesentlich besser tolerieren.

Eine weitere Maßnahme sieht eine Vormagnetisierung (beispielsweise durch zusätzlichen Gleichstrom oder durch Permanentmagnete) vor, die allerdings nicht wie üblich zur Linearisierung der Kennlinie verwandt wird. "Linearisierung" be- deutet dabei die Verlagerung des Arbeitspunktes aus dem Nullpunkt heraus auf einen Parabelast, um bei geringer Aussteuerung die Parabel näherungsweise als Tangente gelten zu lassen.

Eine dritte Maßnahme besteht in der Ausbildung eines bevorzugt symmetrisch geformten magnetischen Kreises mit unsymmetrischer Feldverteilung. So wird beispielsweise ein von einer Treiberspule erzeugter magnetischer Feldvektor im weichmagnetischen Außenkreis überlagert von dem beispielsweise durch einen Permanentmagneten erzeugten konstanten Feldvektor aus dem Mittelschenkel derart, dass in einem Außenschenkel Addition, im anderen Außenschenkel eine Subtraktion erfolgt. Trotz der quadratischen Kraft-Strom-Kennlinie eines einzelnen magnetisierten Schenkels verhält sich dabei je nach Ausfor- mung die Kraft bzw. das Drehmoment streng linear zur tonfre- quenten Induktion und damit zum Tonsignal selbst .

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist als weichmagnetisches Element ein Joch vorgesehen, das auf dem freien Ende des mittleren Schenkels des weichmagnetischen Kerns kippbar gelagert ist und zumindest gegenüber den anderen beiden Schenkeln Induktionsspalte aufweist derart, dass das mittels des Wechselfelderregers angetriebene Joch ein entsprechendes Drehmoment erzeugt. Durch Momentenbildung in dem als zweisei- tiger Hebel wirkenden Joch kompensieren sich die nichtlinearen Komponenten der Außenschenkelkräfte, so dass bei symmetrischer Bauweise das resultierende Drehmoment streng propor- tional zur tonfrequenten Induktion und damit zum elektrischen Tonsignal selbst ist. Das Joch schließt dabei über kleine Induktionsspalte (z. B. Luftspalte oder federndes nichtmagnetisches Material) die offenen Enden des E-Kerns. Dabei ist das Joch abgestützt auf dem mittleren Schenkel des E-förmigen Kerns kippbar gelagert derart, dass das tonfrequent mittels der Spule angeregte System am kippbaren Joch ein tonfrequen- tes Drehmoment abgibt, dessen Gegenmoment durch das Rotationsträgheitsmoment des E-förmigen Kerns gebildet wird (Iner- tial-Momenten-Treiber) .

Weiterhin kann vorgesehen werden, dass als Wechselfelderreger eine an einem der beiden äußeren Schenkel angeordnete, von dem Tonsignal angesteuerte Spule und als Gleichfelderzeuger ein Permanentmagnet, der im mittleren Schenkel des weichmagnetischen Kerns angeordnet ist, vorgesehen wird. Somit kann ohne größeren Aufwand eine unsymmetrische Überlagerung von Wechselfluss und Gleichfluss erzielt werden.

Anstelle eines Permanentmagneten kann auch eine von einem

Gleichstrom durchflossene Spule als Gleichfelderzeuger verwendet werden, wobei die Spule entsprechend der Anordnung des Permanentmagneten am mittleren Schenkel des weichmagnetischen Kerns angeordnet sein kann. Der Vorteil einer gleichstrom- durchflossenen Spule liegt darin, dass durch Ändern der Stärke des Gleichstromes die Lautstärke des von dem Plattenlautsprecher abgestrahlten Schalles verändert werden kann.

Bevorzugt wird das Joch durch zwei in den Induktionsspalten zwischen äußeren Schenkeln und Joch angeordnete nichtmagneti- sehe Federelemente in einer Ruhelage gehalten. Somit ist eine Drehbewegung möglich, wobei die Federelemente den Induktionsspalt bzw. die Induktionsspalte anstelle von Luft mit einem anderen nichtmagnetischen Material ausfüllen. Damit kann der Treiber ohne äußere Stütze nur mittels des weichmagnetischen Elements (z. B. des Jochs) auf der Platte befestigt werden. Anstelle oder zusätzlich zu den Federelementen kann der Rü- cken des weichmagnetischen Kerns in E-Form über eine Brücke (Balken, Traverse etc.) auch an einem Rahmen des Plattenlautsprechers befestigt werden, um dadurch die Empfindlichkeit des Plattenlautsprechers bei tiefen Frequenzen zu verbessern.

Des weiteren kann zum Lagern des Jochs an dem mittleren Schenkel des weichmagnetischen Kerns ein nichtmagnetisches Lager vorgesehen werden, so dass sich effektiv ebenfalls ein Induktionsspalt zwischen dem weichmagnetischen Element und dem mittleren Schenkel ergibt. Im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften ist ein definiertes Lager auf dem mittleren Schenkel gegenüber einer Lösung ohne ein derartiges Lager von Vorteil, da Scherbewegungen oder Pumpbewegungen definitiv verhindert werden gegenüber einer Halterung mit nur den vor- genannten federnden Elementen.

Anstelle eines Inertial-Momenten-Lautsprechers kann in gleicher Weise mit der Erfindung ein Monopol-Plattenlautsprecher realisiert werden derart, dass zwei weichmagnetische Kerne in jeweils einer drei Schenkel und einen Rücken aufweisenden E- Form, die Rücken an Rücken miteinander fest verbunden sind, und zwei mit jeweils einem der weichmagnetischen Kerne magnetisch gekoppelte Wechselfelderreger zur Erzeugung eines von einem Tonsignal abhängigen magnetischen Wechselflusses in dem jeweiligen weichmagnetischen Kern vorgesehen werden. Außerdem umfasst ein derartiger Treiber zwei mit jeweils einem der weichmagnetischen Kerne magnetisch gekoppelte Gleichfelderreger zur Erzeugung eines magnetischen Gleichflusses in dem jeweiligen weichmagnetischen Kern sowie zwei die jeweiligen Schenkel über mindestens einen kleinen Induktionsspalt magnetisch abschließende, dem jeweiligen Rücken gegenüberliegende weichmagnetische Elemente zur Kopplung mit den Platten des Plattenlautsprechers, wobei Wechselfluss und Gleichfluss wiederum unsymmetrisch einander überlagert sind derart, dass ein resultierendes Drehmoment an dem jeweiligen weichmagnetischen Element sich im Wesentlichen linear zum Tonsignal verhält. Die Polung der Wechselfelderreger wird dabei so gewählt, dass die Wechselflüsse an den Rücken der E-Kerne nicht gegensinnig, sondern gleich gerichtet sind. In dem Fall erhalten die nach außen abzugebenden Momente ihr Gegenmoment vom jeweils anderen E-Kern, so dass die gesamte Treiberanordnung bei gleichartiger äußerer Belastung (vorzugsweise durch Anreihen der gleichartigen Vorder- und Rückplatte) keine Drehbeschleunigung erfährt und somit einen Momententreiber für Monopol-Plattenlautsprecher bildet .

Alternativ kann anstelle zweier Rücken an Rücken zueinander angeordneter weichmagnetischer Kerne in E-Form auch ein einstückiger weichmagnetischer Kern mit zusammen sechs Schenkeln verwendet werden, der zwei Rücken an Rücken zueinander fest miteinander verbundene E-Teilformen aufweist. Sowohl der einstückige Kern aus zwei E-Teilformen als auch der aus zwei einzelnen Kernen mit E-Form aufgebaute Treiber kann dabei in gleicher Weise ausgestaltet und weitergebildet werden wie der einzelne Kern in E-Form.

Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist ein weichmagnetischer Kern in einer drei Schenkel und einen Rücken aufweisenden E-Form am Rand der Platte des Plattenlautsprechers angeordnet, wobei dessen äußere Schenkel zangenartig zur Platte hin gebogen sind und wobei sich auf der dem Rücken gegenüberliegenden Seite die Platte befindet. Weiterhin ist ein mit dem weichmagnetischen Kern magnetisch gekoppelter Wechselfelderreger zur Erzeugung eines von einem Tonsignal abhängigen magnetischen Wechselflusses in dem weichmagneti- sehen Kern sowie ein mit dem weichmagnetischen Kern magnetisch gekoppelter, in der Platte im Bereich der offenen Enden der Schenkel angeordneter Gleichfelderreger zur Erzeugung eines magnetischen Gleichflusses vorgesehen, wobei Wechselfluss und Gleichfluss unsymmetrisch einander überlagert sind der- art, dass eine resultierende Kraft an dem Gleichfelderreger proportional zum Tonsignal ist. Damit ist es möglich, die Platte vom Rand her anzuregen, so dass als Platten entweder durchsichtige Platten oder von beiden Seiten optisch nutzbare Platten verwendet werden können.

Bevorzugt wird bei einem derartigen Treiber als Wechselfel- derreger eine am mittleren Schenkel angeordnete, von dem Tonsignal angesteuerte Spule und als Gleichfelderreger ein Permanentmagnet vorgesehen, wobei die äußeren Schenkel einen parallel zur Plattennormalen gerichteten magnetischen Gleichfluss des Permanentmagneten sowie einen aus dem mittleren Schenkel austretenden Wechselfluss erfassen derart, dass sich Wechselfluss und Gleichfluss an einem der äußeren Schenkel addieren und am anderen äußeren Schenkel subtrahieren.

Vorzugsweise werden dabei zur Halterung zwischen den äußeren Schenkeln und der Platte jeweils nichtmagnetische Federelemente eingefügt, mit denen dann die zängenartigen Schenkel die Platte fassen und am Rand gelenkig lagern. Somit wird mit geringstem Aufwand zusätzlich eine Lagerung der Platte erzielt .

Ebenso kann bei sämtlichen Treibern der Gleichfluss des/der Gleichfelderreger (s) veränderbar sein, so dass die Lautstärke des Plattenlautsprechers veränderbar ist.

Schließlich wird ein erfindungsgemäßer elektromagnetischer Treiber beispielsweise derart angeordnet, dass die von ihm erzeugten Kräfte innerhalb eines Randbereichs der Platte angreifen, wobei der Randbereich eine Breite aufweist, die in etwa gleich der Dicke der Platte ist .

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert , wobei gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen ver^¬ sehen sind . Es zeigt : Figur 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Treibers zur Anwendung bei einem Plattenlautsprecher,

Figur 2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Treibers zur Anwendung bei einem Monopolplattenlautsprecher und

Figur 3 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Treibers zur Montage am Rand des Plattenlautsprechers ,

Figur 4 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Treibers zur Montage am Rand des Plattenlautspre- chers und

Figur 5 eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Treibers zur Montage am Rand des Plattenlautsprechers .

Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen elektromagnetischen In- tertial-Momenten-Treiber, der mit einer Sandwichmembran 1 einen Multiresonanzplattenlautsprecher ergebend gekoppelt ist. Ein weichmagnetischer Polkern 2 in E-Form (beispielsweise aus Ferrit-Material) mit zwei Außenschenkeln und einem Mittelschenkel ist mit einer unbeweglichen Treiberspule 4 als Wechselfelderreger an einem der Außenschenkel bestückt. Auch die Bestückung beider Aussenschenkel mit je einer vom gleichen Strom duchflossenen Treiberspule ist möglich. Bei der Ausfüh- rungsform nach Figur 1 erfolgt die Vormagnetisierung im Mittelschenkel mittels eines Gleichfelderregers wie beispielsweise einer gleichstromdurchflossenen Spule oder durch einen Permanentmagneten 3. Die Richtung des zugehörigen Gleichfeldvektors 10 ist in Richtung des mittleren Schenkels orien- tiert, wobei die Polarität (N-S oder S-N) beliebig ist. Ein tonfrequenter Wechselstrom I durchfließt die Treiberspule 4 und erzeugt dabei einen Wechselfeldvektor 9. Dieser tonfre- quent schwankende Wechselfeldvektor 9 addiert sich in einem Außenschenkel zum Gleichfeldvektor 10 und im anderen Außenschenkel hingegen subtrahiert er sich vom Gleichfeldvektor 10.

Ein weichmagnetisches Joch 5 schließt einen magnetischen Kreis, der sich über den weichmagnetischen Polkern 2 fortsetzt. Das Joch 5 ist dabei kippbar auf dem Mittelschenkel gelagert. Das Kipplager 6 kann wie in Figur 1 gezeigt als scharfe Schneide ausgeführt sein, kann jedoch auch auf jede andere geeignete Weise realisiert werden. Wichtig dabei ist es, dass die vorhandenen gleichgerichteten Kräfte aus beiden Außenschenkeln im Lager 6 eine quasi inkompressible Stütze finden, dass aber Kippbewegungen mit dem Lager 6 als Dreh- punkt einem vergleichsweise geringen Widerstand ausgesetzt sind.

Die Kraft F_L(t) über der Zeit t in einem Schenkel ist dabei

F_L(t) = ß-B_L ²(t)

und die Kraft F_R(t) im anderen Schenkel ist dann gleich

wobei sich für die Kraftdifferenz ΔF(t) daraus ergibt:

ΔF(t) = ß(B_R ² - B_L ²) = 4ß B_TB₀.

mit

B_L = B_τ(t)+B₀

B_R = B_τ(t) -B₀

B_τ(t) = α-I(t)

ist. Dabei steht B_L für den magnetischen Fluss in dem ersten äußeren Schenkel, B_R für den magnetischen Fluss in dem zweiten äußeren Schenkel, B_τ(t) für den durch den Wechselfelder- reger erzeugten Wechselfluss, B₀ für den durch den Gleichfelderreger erzeugten Gleichfluss, I (t) für den zeitabhängigen tonfrequenten Erregerstrom und α, ß für Wandlerkonstanten.

Wie zu ersehen ist, verhält sich trotz der quadratischen Kraft-Strom-Kennlinie eines einzelnen magnetisierten Schenkels die Kraftdifferenz an den Enden des als zweiseitiger Hebel wirkenden Joch 5, also das Moment, streng linear zur tonfrequenten Induktion und damit zum Tonsignal selbst.

Zur mechanischen Stabilisierung der Treiberkonstruktion wie insbesondere der Definition eines mechanischen Ruhepunktes sind nichtmagnetische Federelemente 7 so eingefügt, dass sie jeden der Außenschenkel mit dem Joch 5 verbinden. Das Reakti- onsmoment zur tonfrequenten Kippschwingung stammt bei der in Figur 1 gezeigten Anordnung ausschließlich aus der Rotationsträgheit der gesamten Anordnung. Alternativ könnte hier auch eine Brückenkonstruktion (Gantry) die Rückseite des Treibers mit einer Plattenhalterung verbinden.

Ausgehend von dem in Figur 1 gezeigten Treiber kann auf einfache Weise ein Monopol -MultiresonanzplattenlautSprecher mit einem oder mehreren, innenliegenden elektromagnetischen Mono- polmomententreibern realisiert werden.

Figur 2 zeigt einen Ausschnitt eines Monopol -Multiresonanz- Plattenlautsprechers mit einer vorderen 1 und hinteren 1 ' Sandwichplatte. Die beiden Platten 1,1' werden mittels eines (oder mehrerer) Monopol -Momentenreiber verbunden. Ein Mono- polmomententreiber entsteht durch Rücken- zu-Rücken-Anordnung zweier gleicher Intertialmomententreiber gemäß der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform. Dabei kann zur rationelleren Fertigung und/oder zur Verringerung der Bautiefe die Rücken- zuRücken-Montage durch einen einstückigen Kern mit entsprechen- der Form ausgebildet werden. Dabei sind bei dem beispielhaften Monopol-Momentenreiber aus Figur 2 zwei Intertial-Momenten-Treiber entsprechend Figur 1 Rücken-an-Rücken miteinander sowie an der dem Rücken gegenüberliegenden Seite mit zwei Sandwichmembranen 1, 1' gekop- pelt . Zwei weichmagnetische Polkerne 2, 2' in E-Form (beispielsweise aus Ferrit-Material) mit jeweils zwei Außenschenkeln und einem Mittelschenkel sind demnach mit jeweils einer unbeweglichen Treiberspule 4, 4' als Wechselfelderreger an einem der Außenschenkel bestückt. Die Vormagnetisierung er- folgt im jeweiligen Mittelschenkel mittels jeweils eines

Gleichfelderregers wie beispielsweise einer gleichstromdurch- flossenen Spule oder durch einen Permanentmagneten 3, 3'. Der zugehörige Gleichfeldvektor 10, 10' ist in Richtung des mittleren Schenkels orientiert, wobei die Polarität (N-S oder S- N) beliebig ist. Ein tonfrequenter Wechselstrom I durchfließt die Treiberspule 4, 4' und erzeugt dabei einen Wechselfeldvektor 9, 9'. Dieser tonfrequent schwankende Wechselfeldvektor 9, 9' addiert sich in einem Außenschenkel zum Gleichfeldvektor 10, 10' und im anderen Außenschenkel hingegen subtra- hiert er sich vom Gleichfeldvektor 10, 10'.

Der Vorteil des elektromagnetischen Monopolmomententreibers besteht darin, dass er nicht auf die Intertialkraft als Momentenreaktion angewiesen ist. Demzufolge kann die Masse der feststehenden Treiberspulen 4, 4' wesentlich reduziert werden. Die beiden Treiberspulen 4, 4' müssen vom selben tonfre- quenten Strom durchflössen werden, wobei die Spulenbeschal- tung so zu wählen ist, dass sich die Antriebsmomente an der Rücken-zu-Rücken-Verbindung kompensieren. Ein weiterer Vor- teil eines Monopolplattenlautsprechers ist die Reduzierung des akustischen Dipolkurzschlusses.

Figur 3 zeigt im Querschnitt den Rand einer Platte 1 eines Plattenlautsprechers und einen zangenförmigen elektromagneti- sehen Rand-Treiber in Arbeitsposition. Bei der Platte 1 handelt es sich um eine Sandwichkonstruktion, jedoch ist auch jede andere Bauweise möglich. Üblicherweise sorgt ein konti- CQ -. d d

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kerns 2, 2' eingefügter Permanentmagnet 3, 3' vorgesehen. Der E-förmige Polkern 2, 2' stützt sich über ein (Spitzen- oder) Schneidenlager 6, 6' auf dem ^""Polkern 2, 2 ab, so daß dieses Joch 5, 5' infolge eines magnetisch hervorgerufenen Drehmo- mentes um einen festen Drehpunkt (Schneidenlager 6, 6') wippen kann. Ein Momententreiber dieser Art kann überall auf der Oberfläche der Klangplatte 1 plaziert werden. Vorzugsweise wird eine eben beschriebene Anordnung dupliziert. Die duplizierte Anordnung wirkt unter Verwendung einer weiteren Mag- netspule 4', eines weiteren Polkerns 2', eines weiteren Permanentmagneten 3 ' spiegelbildlich von der Gegenseite auf die Klangplatte 1. In der in Figur 4 gezeigten Form ist die Wipp- Bewegung aufgrund des Schneidenlagers 6, 6' nicht optimal.

Demgegenüber verbessert ist die in Figur 5 gezeigte Ausführungsform, die sich zunächst nur durch das Fehlen des Schneidenlagers 6, 6' unterscheidet. Die fehlende Stütze (Schneidenlager 6, 6') wird bei der Ausführungsform nach Figur 5 durch eine rückseitige starre Verbindung (Stütze 23) ausge- glichen, die in Figur 5a noch nicht erkennbar ist, aber im Schnitt A - B aus Figur 5b ersichtlich ist.

Wiederum ist eine "zangenartige" Konstruktion des erfindungs- gemäßen Treibers zu sehen. Die beiden Polkerne 2 und 2 ' sind außerhalb der Randzone der Platte durch eine starre Stütze 23 fest verbunden. Die Klangplatte 1 mit dem eingelagerten weichmagnetischen Joch 5 "schwebt" mittig berührungslos im Griff der leicht geöffneten "Zange". Die Klangplatte 1 muß in dieser Position gehaltert werden (zum Beispiel durch das nichtmagnetsiches Federelement 7), jedoch kann dies auch unabhängig vom Treiber erfolgen.

Bei einem elektromagnetischen Treiber ohne stromdurchflossenen Leiter im Polfeld sind im wesentlichen drei Kraftwirkun- gen zu bedenken. Die Kraft auf sättigungsmagentisierte Teile im homogenen Feld, die Kraft auf weichmagnetische Teile im homogenen Feld und die Kraft auf weichmagnetische Teile im inhomogenen Feld. Die beiden zuerst genannten Effekte wurden oben bereits genannt, während der dritte Effekt, bei dem die Kraft proportional zum Feldgradienten ist, in diesem Fall ganz ausscheidet. In guter Näherung ist das Feld zwischen dem oberen und dem unteren E-förmigen Polkern 2, 2' homogen. Da das Joch 5 nicht magnetisiert ist, verbleibt bei der in Figur 5 gezeigten Ausführungsform maßgeblich die Kraft auf weichmagnetische Teile im homogenen Feld.

Betrachtet man zunächst nur die eine Hälfte des spiegelbildlichen Aufbaus des Treibers (in Figur 5 die obere Hälfte) , so ergibt sich folgendes: Der mittlere Schenkel des Polkerns 2 ist durch die Einfügung des Permanentmagneten 3 hoch gesättigt und praktisch nicht mehr leitfähig und daher praktisch als magnetische Konstantflußquelle anzusehen. Dieser Permanentfluß verteilt sich symmetrisch und gleichgerichtet auf die beiden äußeren Schenkel des E-förmigen Polkerns 2. Der aus der Magnetspule 4 stammende Signalfluss hingegen fließt ohne Beachtung des nicht mehr leitenden Mittelschenkels zum anderen Außenschenkel. Somit findet an einem Außenschenkel eine Addition, am anderen Außenschenkel eine Subtraktion der jeweiligen Induktionen B statt. Das weichmagnetische Joch 5 schließt alle Kreise. Damit ergeben sich verschiedene Anziehungskräfte F_L, F_R im linken und rechten Außenschenkel. Für den linken Außenschenkel ergibt sich damit.

F_L = As(B_s+B_P)²/μ,

wobei A die Polfläche und s den Spaltabstand bezeichnen. Ent- sprechend gilt für den rechten Außenschenkel:

Demzufolge entsteht im Joch 5 ein Drehmoment M, welches wie folgt beschrieben werden kann:

M = (F_L-F_R)d/2 = 2AsdB_sB_P/μ, wobei d für die Jochlänge und damit für den "Dipolabstand" steht. Das Drehmoment M ist linear proportional zur Induktion B_s und damit zum Signalstrom I. Voraussetzung dafür ist die Abstützung auf dem Kipplager (Schneidenlager 6) und damit eine daraus resultierende Hebelwirkung. Ohne das Kipplager (Schneidenlager 6) als Stütze wäre auch die Summenkraft wirksam, die sich quadratisch zum Signalstrom verhält.

Wie in den Figuren 4 und 5 gezeigt, kann eine "randständige Zangenkonstruktion" die Abstützung auf dem Polkern ersetzen durch eine rückwärtige gegenseitige Abstützung der beiden E- förmigen Polkerne. Bei der Abstützung mit Momentenbildung ist dabei die Polarität der einzelnen Spulen und Permanentmagnete so zu wählen, daß an einem Außenschenkel die Summenkraft entsteht und an dem anderen die Differenzkraft, wobei der spiegelbildliche E-förmige Polkern genau entgegengesetzt polarisiert ist. Das heißt, daß der Summenkraft des Außenschenkels eines E-förmigen Polkerns 2 eine Differenzkraft am entspre- chenden Außenschenkel des anderen E-förmigen Polkerns 2 ' und umgekehrt gebildet wird. Bei falscher Wahl der Polarität wird kein Moment entstehen, bei richtiger Wahl das doppelte Moment .

Bei den erfindungsgemäßen Treibern bietet es sich an, die

Schwingspalte im Polbereich der Permanentmagnete der Treiber mit flexiblen Polstern auszufüllen, die die Vibrationen wenig beeinträchtigen, aber das statische Gewicht der Klangplatte aufnehmen können. Je mehr Treiber am Rand an geordnet sind, desto weicher können die Polster ausgelegt werden. Der besseren Übersichtlichkeit wegen wurden diese Polster in den Figuren jedoch weggelassen.

Ein generelles Problem bei Multiresonanzplattenlautsprechern ist die Abstimmung der Klangplatte, so daß der Frequenzgang der akustischen Abstrahlung den gewünschten breitbandig- linearen Verlauf zeigt. Diese Abstimmung kann üblicherweise t μ^* μ^* o ιπ o in

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Φ φ

Bezugszeichenliste

1, 1' Platte

2 , 2 ' Polkern 3, 3' Permanentmagnet

4, 4' Spule

5, 5' weichmagnetisches Joch

6, 6' Schneidenlager

7, 7' nichtmagnetisches Federungselement 8, 8' Mittelschenkel des Polkerns

9,9' magnetischer Wechselfeldvektor 10, 10' magnetischer Gleichfeldvektor

17, 17" Magnetspule

18, 18' Polkern 19, 19' Permanentmagnet 20 Schneidenlager

21 Platte

22 Joch

23 Stütze

I Tonfrequenter Wechselstrom

N Nordpol

S Südpol d Jochlänge

Claims

Patentansprüche

1. Elektromagnetischer Treiber für einen Plattenlautsprecher mit einem weichmagnetischen Kern (2) in einer drei Schenkel x^~~- und einen Rücken aufweisenden E-Form, einem mit dem weichmagnetischen Kern (2) magnetisch gekoppelten Wechselfelderreger (4) zur Erzeugung eines von einem Tonsignal (I) abhängigen magnetischen Wechselflusses in dem weichmagnetischen Kern (2) , einem mit dem weichmagnetischen Kern (2) magnetisch gekoppelten Gleichfelderreger (3) zur Erzeugung eines magnetischen Gleichflusses in dem weichmagnetischen Kern(2), einem die Schenkel über mindestens einen kleinen Indukti- onsspalt magnetisch abschließenden, dem Rücken gegenüberliegenden weichmagnetischen Element (5) zur Kopplung mit der Platte (1) des Plattenlautsprechers, wobei Wechselfluss und Gleichfluss unsymmetrisch einander überlagert sind derart, dass eine resultierende Kraft oder ein resultierendes Drehmoment an dem weichmagnetischen Element (5) sich im Wesentlichen linear zum Tonsignal (I) verhält.

2. Elektromagnetischer Treiber nach Anspruch 1, bei dem als weichmagnetisches Element ein Joch (5) vorgesehen ist, das auf dem freien Ende des mittleren Schenkels des weichmagnetischen Kerns (2) kippbar gelagert ist und zumindest gegenüber den anderen beiden Schenkeln des weichmagnetischen Kerns (2) Induktionsspalte aufweist derart, dass das mittels des Wechselfelderregers (4) angetriebene Joch (5) ein entsprechendes Drehmoment erzeugt .

3. Elektromagnetischer Treiber nach Anspruch 1 oder 2, bei dem als Wechselfelderreger eine an einem oder beiden äußeren Schenkel des weichmagnetischen Kerns (2) angeordnete, von dem Tonsignal (I) angesteuerte Spule (4) vorgesehen ist.

4. Elektromagnetischer Treiber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem als Gleichfelderzeuger ein Permanentmagnet (3) vorgesehen ist, der im mittleren Schenkel des weichmagnetischen Kerns (2) angeordnet ist.

5. Elektromagnetischer Treiber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem als Gleichfelderzeuger eine von einem Gleichstrom durch- flossene Spule vorgesehen ist, die am mittleren Schenkel des weichmagnetischen Kerns (2) angeordnet ist.

6. Elektromagnetischer Treiber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Joch (5) durch zwei in den Induktionsspalten zwischen den äußeren Schenkeln des weichmagnetischen Kerns (2) und dem Joch (5) angeordneten nichtmagnetischen Federelementen (7) in einer Ruhelage gehalten wird.

7. Elektromagnetischer Treiber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem zum Lagern des Jochs (5) an dem mittleren Schenkel des weichmagnetischen Kerns (2) ein nichtmagnetisches Lager (6) vorgesehen ist.

8. Elektromagnetischer Treiber für einen Plattenlautsprecher mit zwei weichmagnetischen Kernen (2, 2') in jeweils einer drei Schenkel und einen Rücken aufweisenden E-Form, die Rücken an Rücken fest zueinander angeordnet sind, zwei mit jeweils einem der weichmagnetischen Kerne (2, 2') magnetisch gekoppelten Wechselfelderregern (4, 4') zur Erzeugung eines von einem Tonsignal (I) abhängigen magneti- sehen Wechselflusses in dem jeweiligen weichmagnetischen Kern (2, 2') , zwei mit jeweils einem der weichmagnetischen Kerne (2, 2') magnetisch gekoppelten Gleichfelderregern (3, 3') zur Erzeugung eines magnetischen Gleichflusses in dem jeweiligen weichmagnetischen Kern (2, 2'), zwei die jeweiligen Schenkel über mindestens einen kleinen Induktionsspalt magnetisch abschließenden, dem jeweiligen Rücken gegenüberliegenden weichmagnetischen Elementen (5, 5') zur Kopplung mit den Platten (1, 1') des Plattenlautsprechers , wobei Wechselfluss und Gleichfluss unsymmetrisch einander überlagert sind derart, dass ein resultierendes Drehmoment an dem jeweiligen weichmagnetischen Element (5, 5') sich im Wesentlichen linear zum Tonsignal (I) verhält.

9. Elektromagnetischer Treiber für einen Plattenlautsprecher mit einem weichmagnetischen Kern (2, 2') in Form zweier jeweils drei Schenkel aufweisenden, Rücken an Rücken miteinander verbundener E-Teilformen (2, 2'), zwei mit jeweils einer der E-Teilformen (2, 2') magnetisch gekoppelten Wechselfelderregern (4, 4') zur Erzeugung eines von einem Tonsignal (I) abhängigen magnetischen Wechselflusses in dem weichmagnetischen Kern (2, 2'), zwei mit jeweils einem der einer der E-Teilformen agne- tisch gekoppelten Gleichfelderregern (3, 3') zur Erzeugung eines magnetischen Gleichflusses in dem jeweiligen weichmagnetischen Kern (2, 2'), zwei die Schenkel der jeweiligen E-Teilformen über mindestens einen Induktionsspalt magnetisch abschließenden, dem jeweiligen Rücken gegenüberliegenden weichmagnetischen Elementen (5, 5') zur Kopplung mit der den Platten (1, 1') des Plattenlautsprechers , wobei Wechselfluss und Gleichfluss unsymmetrisch einander überlagert sind derart, dass ein resultierendes Drehmoment an dem/den weichmagnetischen Element (en) (5, 5') sich im Wesentlichen linear zum Tonsignal (I) verhält.

10. Elektromagnetischer Treiber für einen Plattenlautsprecher mit einem weichmagnetischen Kern (2) in einer drei Schenkel und einen Rücken aufweisenden E-Form, der an dem Rand der Platte (1) angeordnet ist derart, dass an dessen dem Rücken gegenüberliegende Seite die Platte (1) sich befindet und dessen beiden äußere Schenkel zangenartig zur Platte (1) hin gebogen sind, und einem mit dem weichmagnetischen Kern (2) magnetisch ge- koppelten Wechselfelderreger (4) zur Erzeugung eines von einem Tonsignal (I) abhängigen magnetischen Wechselflusses in dem weichmagnetischen Kern (2) und einem mit dem weichmagnetischen Kern (2) magnetisch gekoppelten, in der Platte (1) im Bereich der offenen Enden der Schenkel angeordneten Gleichfelderreger (3) zur Erzeugung eines magnetischen Gleichflusses in dem weichmagnetischen Kern (2) , wobei Wechselfluss und Gleichfluss unsymmetrisch einander überlagert sind derart, dass eine resultierende Kraft auf den Gleichfelderreger (3) sich im Wesentlichen linear zum Tonsignal (i) verhält.

11. Elektromagnetischer Treiber nach Anspruch 10, bei dem als Wechselfelderreger eine am mittleren Schenkel ange- ordnete, von dem Tonsignal (I) angesteuerte, feststehende Spule (4) und als Gleichfelderreger ein Permanentmagnet (3) vorgesehen ist, wobei die äußeren Schenkel des weichmagnetischen Kerns (2) einen parallel zur Plattennormalen gerichteten magnetischen Gleichfluss des Permanentmagneten (3) sowie einen aus dem mittleren Schenkel des weichmagnetischen Kerns (2) austretenden Wechselfluss erfassen derart, dass sich Wechselfluss und Gleichfluss an einem der äußeren Schenkel des weichmagnetischen Kerns (2) addieren und am anderen äußeren Schenkel des weichmagnetischen Kerns (2) subtrahieren.

12. Elektromagnetischer Treiber nach Anspruch 10 oder 11, bei dem zwischen den äußeren Schenkeln des weichmagnetischen Kerns (2) und der Platte (1) jeweils nichtmagnetische Federelemente (7) angeordnet sind.

13. Elektromagnetischer Treiber nach einem der Ansprüche 1 bis 12, der derart angeordnet ist, dass die von ihm erzeugten Kräfte innerhalb eines Randbereichs der Platte (1) angreifen, wobei der Randbereich eine Breite aufweist, die in etwa gleich der Dicke der Platte ist (1) .