NL8202529A

NL8202529A - Elektro-akoestische omzetter met een lange slag.

Info

Publication number: NL8202529A
Application number: NL8202529A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1982-06-23
Filing date: 1982-06-23
Publication date: 1984-01-16
Also published as: DK283183A; CA1211833A; SE8705169L; FR2529427B1; DK283183D0; GB2122453B; SE458412B; SE8303520L; GB2122453A; US4547631A; FR2529427A1; GB8505068D0; GB2153629A; AU1597883A; AU561273B2; SE8303520D0; SE458491B; AU561327B2; SE8705169D0; JPS596699A

Description

* ,. Η \ ' ’ f * ΡΗΝ 10.378 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Elektro-akoestische cmzetter met een lange slag.

De uitvinding heeft betrekking op een elektro-akoestische cmzetter voorzien van een membraan, een magneetsysteem en een op een spreekspoelkoker aangebrachte spreekspoel die is aangehracht in een luchtspleet van het magneetsysteem# Een dergelijke omzetter is 5 bekend uit "Acoustics" van L.L. Beranek, Mc. Graiw-Hill Book Ccmpany 1954, pag. 184, fig. 7.1. De bekende cmzetter heeft een konusvormig membraan. De uitvinding is echter niet beperkt tot onzetters met een konusvormig membraan, doch is evenzeer van toepassing op onzetters met membranen in een andere vorm, bijvoorbeeld vlakke- of dcmvormige 10 membranen.. Voor het verkrijgen van een hoog akoestisch uitgangs-vermogen is de bekende cmzetter niet bruikbaar daar de maximale uitwijking (of maximale slag) van het membraan van de bekende omzetter te klein is. Bovendien vertoont de bekerde cmzetter bij grote uitwijkingen van het membraan een hoge vervorming in het uit-15 gangssignaal en gaat de bekende cmzetter soms kapot.

De uitvinding beoogt een omzetter te verschaffen die een hoog akoestisch uitgangsvermogen kan leveren bij een lage vervorming in het uitgangssignaal en die een veel langere levensduur heeft. De elektro-akoestische omzetter volgens de uitvinding heeft 20 daartoe het kenmerk, dat de bewegingsoverbrenging tussen de spreekspoelkoker en membraan plaats vindt via een hefboom mechanisme.

De uitvinding is gebaseerd op het inzicht dat de maximale uitwijking van het membraan in de bekende omzetter bepaald wordt door de volgende omstandigheden.

25 a) In de bekende cmzetter wordt de spreekspoelkoker in een spleet van het magneetsysteem gecentreerd door een centreerring. Deze centreer-ring is beperkt in zijn maximale uitslag. Bovendien gaat de centreerring zich vooral bij grote uitwijkingen als een niet-lineaire veer gedragen. Dit niet-lineair gedrag is van invloed op de 30 vervorming in het uitgangssignaal van de cmzetter.

b) Het magneetsysteem van de bekende cmzetter is een beperking voor de maximaal haalbare uitwijking, daar de spreekspoelkoker bij erg grote uitwijkingen tegen het inwendige van het magneetsysteem i 8202529 - ' EHN 10.378 2 kan aanstoten, wat in dat geval weer een vervorming in het uitgangssignaal tot gevolg heeft.

c) Bovendien kunnen de elektrische aansluitdraden voor de spreekspoel problemen opleveren. Bij erg grote uitwijkingen van. de spreekspoel 5 kan er op den duur breuk in de aansluitdraden optreden zodat de omzetter daarmee onbruikbaar geworden is.

Door nu de bewegingsoverbrenging tussen spreekspoelkoker en membraan door middel van een hefboom mechanisme te realiseren kan men voor de spreekspoel en spreekspoelkoker volstaan met de 10 voor bekende cmzetters normale uitwijkingsamplituden. Via het hefboom mechanisme wordt de uitwijking van de spreekspoelkoker, als het ware vermenigvuldigd met. een faktor, overgebracht op het membraan. De waarde van de faktor kan men natuurlijk willekeurig kiezen, doch deze zal bij voorkeur, wil men tenminste een membraan-15 uitwijking realiseren die groter is dan de uitwijking van de spreekspoel, groter dan één dienen te zijn. Daar deze uitwijkingen van de spreekspoelkoker, zoals reeds vermeld, overeenkomen met de voor bekende omzetters normale uitwij kingsamplitudes heeft men geen last meer van de hierboven onder a) tot en met c) aangegeven 20 omstandigheden zodat een omzetter verkregen is met een lange slag, dat wil zeggen met een hoog- akoestisch uitgangsvermogen, een lage ' vervorming en die bovendien een veel langere levensduur beeft.

Het hefboom mechanisme kan zodanig zijn opgebouwd dat het n hefboaminrichtingen omvat, die onder een hoek ten opzichte 25 van elkaar zijn opgesteld (n £2, waarbij voor n=2 genoemde hoek kleiner is dan 180° en voor n >3 de hoek bij voorkeur gelijk is aan 'n).

Door het hef boem mechanisme te realiseren met tenminste twee hefboominrichtingen kan worden bereikt dat nog maar één 30 vrijheidsgraad overblijft namelijk een beweging in enkel de uitwijkingsrichting van de spreekspoelkoker en dus van het membraan. Dit heeft als voordeel dan .centrering van spreekspoelkoker s niet meer nodig is zodat de gebruikelijke centreerring kan vervallen. Bovendien heeft deze maatregel, vooral bij 35 cmzetters met een vlak membraan, het voordeel dat het verend element, dat enerzijds zowel aan de omtrek van het membraan als aan het chassis van de omzetter is bevestigd en dat in normale gevallen een centrerende zowel als een lüchtafdichtende 8202529 t % HU 10.378 3 funktie beeft, in dit geval geen centrerende funktie behoeft te vervullen doch enkel een luchtaf dichtende. Hierdoor behoeven veel minder stringente eisen aan het verend element te worden gesteld.

Het voorgaande geldt echter alleen indien de hefhocminrichtingen 5 zich praktisch ideaal gedragen. Dat wil zeggen dat elke hefboam-inrichting zich hoofdzakelijk in een bijbehorend plat vlak beweegt.

Een uitvoeringsvorm van de elektro-akoestische omzetter volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat een hefbocminrichting een hefbocmarm bevat, die ter plaatse van een eerste positie op de 10 heftoanarm is gekoppeld met een vast punt, die ter plaatse van een tweede positie op de hefbocmarm is gekoppeld met de spreekspoel-koker en die ter plaatse van een derde positie op de hefbocmarm is gekoppeld met het membraan.

Door de afstand tussen de eerste en de derde positie 15 op de hefbocmarm groter te kiezen dan de afstand tussen de eerste en de tweede positie op de hefbocmarm kan een membraanuitwij king gerealiseerd worden die groter is dan de uitwijking van de spreek-spoelkoker. De derde positie op de hefbocmarm zal zich in het algemeen ter plaatse van of vlak bij het ene uiteinde van de hef-20 bocmarm bevinden. De eerste positie kan zich bijvoorbeeld ter plaatse van of vlak bij het andere uiteinde van de hefbocmarm bevinden.

De tweede positie ligt dan tussen de eerste en de derde positie in. Doch ook omgekeerd kan de tweede positie zich ter plaatse van of vlak bij het andere uiteinde van de hefboomarm bevinden 25 en ligt de eerste positie tussen de tweede en de derde positie in.

Een eerste vóorkeursuitvcering van de elektro-akoestische omzetter volgens de uitvinding heeft, het kenmerk, dat de hefboom-arm ter plaatse van de eerste positie via een eerste scharnierend 30 element met het vast punt is gekoppeld, ter plaatse van de tweede positie via een tweede scharnierend element, een eerste stang en een derde scharnierend element met de spreekspoelkoker is gekoppeld en ter plaatse van de derde psitie via een vierde scharnierend element, een tweede stang en een vijfde scharnierend element met 35 het membraan is gekoppeld. Een tweede voorkeursuitvoering heeft het kenmerk, dat de hefbocmarm ter plaatse van de derde positie via een eerste scharnierend element met het membraan is gekoppeld, ter plaatse van de tweede positie via een tweede 8202529 « t ί EHN 10.378 4 scharnierend element/ een eerste stang en een derde scharnierend element met de spreekspoelkoker is gekoppeld en ter plaatse van de eerste positie via een vierde scharnierend element, een tweede stang en een vijfde scharnierend element net het vaste punt is 5 gëkqppèld. In de eerste voorkeursuitvoering bevindt de tweede stang zich tussen de hefboamarm en het membraan en voert . daardoor een translatie uit overeenkomende met de translatie (dat is de uitwijking) van het membraan. De bewegende massa van de onzetter is in dit geval hoöfdzakelijk gelijk aan de son van het gewicht van het membraan, het 10 gewicht van de tweede stang en het gewicht van de spreekspoelkoker en de spreekspoel. In' de tweede voorkeursuitvoering echter is de tweede stang via een scharnierend element aan het vaste punt bevestigd. Het gevolg is dat de tweede stang in dit geval geen translatie doch enkel een rotatie uitvoert. De bewegende massa van de omzetter 15 wordt in dit geval dus lager. Bij gelijke gewichten voor de overeenkomstige onderdelen zal de efficiëntie van de elektro-akoestische omzetting voor de tweede voorkeursuitvoering dan ook hoger zijn.

In de tweede voorkeursuitvoering zal men bovendien bij voorkeur het eerste, tweede en vierde: scharnierende element respektievelijk 20 het eerste, derde en vijfde scharnierend element op één lijn leggen. Hierdoor krijgt men exakt een lineaire uitwij kings vergroting tussen spreekspoelkokeruitwijking en membraanuitwijking zodat het hefboom mechanisme praktisch geen enkele bijdrage levert aan de vervorming in het uitgangssignaal van de omzetter.

25 De scharnierende elementen kunnen bladveren en/of kruisveerschamierai zijn, doch bij voorkeur zal men tenminste het eerste, het tweede en het vierde scharnierende element als kruisveerschamieren uitvoeren.

Het derde en het vijfde scharnierende element behoeven namelijk 30 over een kléine hoek te kunnen, draaien zodat in dit geval bladveren voldoende zijn. Het eerste, het tweede en het vierde scharnierende element moeten echter over een grotere hoek verdraaien zodat in dat geval bladveren minder bruikbaar'zijn. Men zal bij voorkeur kruis-veerschamieren nemen, daar zij over een grotere hoek hun veer-35 karakteristiek behouden. Het vaste punt kan zich binnen de spreekspoelkoker of het verlengde daarvan bevinden en aan het binnen de spreekspoelkoker gelegen gedeelte van het magneetsysteem zijn bevestigd. Het vaste punt kan in dat geval voor alle 8202529 • * : PHN 10.378 5 hefbxminrichtingen gemeenschappelijk zijn.

In het algemeen dient het verend elanent dat zowel aan de buitenomtrek van het membraan als aan het chassis van de omzetter is bevestigd aan een aantal eisen te voldoen.

5 Ten eerste heeft het verend element een centrerende funktie.

Verder heeft het verende element een luchtafdichtende funktie, namelijk ter voorkoming van akoestische kortsluiting tussen voor-en achterkant van het membraan als de omzetter in een baffle is opgenomen.

10 In alle gevallen moet het verend element natuurlijk in staat zijn de maximale uitwijking van het membraan toe te laten..

Het met 2 In· figuur 711 uit "Acoustics" aangegeven verend elanent van de bekende omzetter is meestal maar in staat om een zeer beperkte slag toe te laten, zodat een dergelijk verend elemnt 15 meestal niet bruikbaar is in elektro-akoestische omzetters met een grote slag. Het, vooral bij grote uitwijkingen, niet-lineaire gedrag van het verend element veroorzaakt namelijk een hoge vervorming in het uitgangssignaal van de omzetter. In het Amerikaanse oktrooischrift 3 019 849 (zie figuur 1) wordt nu een verend 20 element voorgesteld dat wel in staat is een grote uitwijking van het membraan toe te laten. Het verend element is daarin uitgevoerd als een harmonikavormige balg. Toch blijkt de uit het Amerikaanse oktrooischrift bekende omzetter nog steeds een hoog vervangingsniveau in het uitgangssignaal te hebben.

25 Om dit te voorkomen heeft de akoestische omzetter welke is voorzien van een verend element dat zowel aan de buitenomtrek van het membraan als aan een chassis van de omzetter is bevestigd, en welk verend element is uitgevoerd als een harmonikavormige balg, het kenmerk, dat de balg ter plekke van een aantal 30 gelijke doorsnedes loodrecht op de bewegingsrichting van het membraan voorzien is van verstevigingsmiddelen voor het tenmiste nagenoeg konstant houden van deze doorsnedes, ook bij een uitwijking van het membraan.

Deze maatregel berust op het inzicht dat bij elektro-akoestische 35 omzetters zoals bekend uit het Amerikaanse oktrooischrift het verend element een bijdrage levert aan het akoestische uitgangssignaal van de omzetter. Deze bijdrage is ongewenst en manifesteert zich als een vervorming in het uitgangssignaal.

8202529 : PHN 10.378 6 4 *

De verklaring voor deze bijdrage is als volgt.

Een (bijvoorbeeld) sinusvormige trilling van het membraan heeft tot gevolg dat de harmcnikavormige balg uitrekt en vervolgens ingedrukt wordt. Tijdens het uitrekken respektievelijk indrukken 5 van de balg ontstaat binnen de balg een onderdruk respektievelijk een overdruk, waardoor de balg dunner respektievelijk dikker wordt.

Dit resulteert·, in een akoestische afstraling van het balgoppervlak.

Deze afstraling is, zoals hiervoor vermeld, ongewenst daar alleen het membraan voor de akoestische afstraling (het uitgangssignaal) 10 van de omzetter dient te zorgen.

Door het aanbrengen van de verstevigingsmiddelen wordt nu tenminste grotendeels voorkomen dat de balg tijdens het uitrekken respektievelijk indrukken dunner respektievelijk dikker wordt. De voomoemde akoestische bijdrage van de balg, en daarmee de vervorming in het 15 uitgangssignaal van de omzetter kan daarmee worden verlaagd.

De verstevigingsmiddelen kunnen, bijvoorbeeld bestaan uit stijve ringen die elk ter plekke van een van de voomoemde doorsnedes aan (in) de balg warden aangebracht.

Het spreekt voor zich, dat de toepassing van een derge-20 lijke balg vooral bij omzetters met een grote slag voorzien van het hefboom mechanisme volgens de uitvinding, zeer zinvol is.

De- keuze van de plaats waar de verstevigingsmiddelen aan (in) de balg worden aangebracht, wordt hoofdzakelijk bepaald door de plaats (de lijnen) waarlangs de balg aan het membraan respektievelijk 25 het chassis is bevestigd. De voomoemde lijnen waarlangs de balg aan het membraan en het chassis is bevestigd behouden namelijk ook tijdens een uitwijking van het membraan een zelfde omtrekslengte zodat men voor het bepalen van de plaats van de verstevigingsmiddelen bij voorkeur die doorsnedes neemt die gelijk zijn aan 30 (waarvan de omtrekslengte gelijk is aan de omtrekslengte van) de voomoemde lijnen. Zo kan het zijn dat de verstevigingsmiddelen zijn aangebracht ter plekke van die doorsneden waarvoor de omtreks-lengte bij een niet uitgeweken toestand van het membraan, het grootst is.

35 Een verdere verlaging van het door de balg afgestraalde akoestische vermogen kan gerealiseerd worden door de oppervlakken van steeds twee opvolgende ringen van de balg, welke ringen zijn verkregen door het doorsnijden van de balg met drie vlakken 8202529 « c PHN 10.378 7 loodrecht op de bewegingsrichting van het membraan, waarbij de doorsnedes van het eerste en het derde vlak met de balg lijnen met de kleinste (of juist de grootste) omtrekslengte opleveren, en de doorsnede van het zich tussen het eerste en het derde vlak bevindende 5 tweede vlak een lijn met de grootste (of juist de kleinste) lengte oplevert, onder een hoek 2 cK aan elkaar aansluiten, waarbij in de niet uitgeweken toestand van het membraan de hoek tenminste ongeveer gelijk is aan 90°, waarbij dan nog bij voorkeur geldt dat, voor iedere uitgeweken toestand van het membraan, de hoek waaronder de 10 genoemde twee ringen aan elkaar aansluiten altijd ligt tussen 60° en 120°.

De uitvinding zal aan de hand van de hierna volgende figuurbeschrijving worden uiteengezet, Hierin toont figuur 1 een eerste uitvoeringsvcorbeeld van een 15 elektro-akoestische omzetter voorzien van een hefboom mechanisme, waarbij figuur 1a een bovenaanzicht van de omzetter toont bij af genomen membraan en af genomen verend element, figuur 1b een doorsnede, en figuur 1c een hefbocminrichting in de uitgeweken toestand van het membraan, 20 figuur 2 een tweede uitvoeringsvoarbeeld, figuur 3 een bekende harmonikavormige balg, figuur 4 een uitvoer ingsvcorbeeld van een elektro-akoestische omzetter met een harmonikavormige balg volgens de uitvinding, en figuur 5 schematisch een gedeelte van de harmonikavormige 25 balg uit figuur 4.

Figuur 1a toont een bovenaanzicht van een eerste uitvoeringsvoarbeeld van de omzetter volgens de uitvinding, waarbij het membraan en het verend element 25 is afgenomen.

Het membraan 1 is in figuur 1a enkel met een onderbroken streep-30 lijn aangegeven. Figuur 1b toont een doorsnede volgens de streep-stippellijn B-B in figuur 1a. De omzetter bevat een magneetsysteem 4 en een op een. spreekspoelkoker 2 aangebrachte spreekspoel 3 die is aangebracht iri een. Inchtspleet 5 van het magneetsysteem 4.

De bewegingsoverbrenging tussen spreekspoelkoker en membraan vindt 35 plaats via een hefboom mechanisme. In de· omzetter in figuur 1 bevat het hefboom mechanisme drie hefbocminrichtingen 6, 7 en 8 die onder een hoek ten opzichte van elkaar zijn opgesteld.

In principe zou men kunnen volstaan met twee 8202529 EHN 10.378 8 hefbocminrichtingen die onder een.hoek kleiner dan 180°, bijvoorbeeld 90°, ten opzichte van elkaar zijn opgesteld. Doch, daar de hefboom-inrichtingen altijd enige dwarss lapte hebben (bijvoorbeeld ten gevolge van het niet-ideale gedrag van de hierna te bespreken schar-5 nierende element), zal men toe verkrijging van een zo goed mogelijke positionering van de spreekspoelkoker 2 in de luchtspleet 5 bij voorkeur drie of meer hefbocminrichtingen toepassen. De hoek waaronder de hefboominrichtingen ten opzichte van elkaar zijn opgesteld wordt 0£Λ bij voorkeur gelijk aan /n gekozen, waarbij n het aantal hefboom-10 inrichtingen aangeeft. Zo tocnt figuur 1b drie hefboominrichtingen die onder een hoek van 120° ten opzichte van elkaar zijn opgesteld.

Een hefboominrichting, zoals met figuur 6 in figuur 1a en 1b aangegeven, bevat een hefboomarm 9 die ter plaatse van een eerste positie 10 op de hefboemarm is gekoppeld met een vast punt 11.

15 Het vaste punt 11 bevindt zich binnen het verlengde van de spreekspoelkoker 2 en is aan het binnen de spreekspoelkoker 2 gelegen gedeelte 12 van het magneetsysteem 4 bevestigd. In figuur 1a is zichtbaar dat het vaste punt 11 gemeenschappelijk is voor de drie hefboem-richtingen 6, 7 en 8. De hefboemarm 9 is ter plaatse van een tweede 20 positie 13 op de hefboemarm gekoppeld met de spreekspoelkoker en ter plaatse van een derde positie 14 gekoppeld met het membraan 1.

De koppeling met het vaste punt 11 vindt plaats door middel van een eerste scharnierend element 15. De koppeling met de spreekspoelkoker vindt plaats via een tweede scharnierend element 16, een eerste 25 stang 17 ei een derde scharnierend element 18, en de koppeling met het membraan 1 via een vierde scharnierend element 19, een tweede stang 20 en een vijfde scharnierend element 21.

De hefboominrichting 6 zoals aangegeven in figuur 1a is beweegbaar in een vlak dat bepaald wordt door de lijn B-B en dat loodrecht 30 staat op het vlak van tekening van figuur 1a. In figuur 1b komt dit vlak, zoals ook blijkt uit figuur 1c, overeen met het vlak van tekening. Voor de hefboominrichtingen 7 en 8 zoals aangegeven in figuur 1a geldt dat zij beweegbaar zijn in een vlak bepaald door de lijn C-C respektievelijk D-D en dat eveneens 35 loodrecht staat op het vlak van tekening van figuur 1a.

De scharnierendeeleretsr 15, 16, 18, 19 en 21 kunnen als bladveren of als kruisveerschamieren worden uitgevoerd.

De scharnierende elementen 18 en 21 draaien bij een uitwijking 8202529 ' EHN 10.378 9 . van het membraan over een zodanige kleine hoek, dat men voor deze scharnierende elementen kan volstaan met bladveren. De scharnierende element 15, 16 en 19 draaien echter over een veel grotere hoek, zodat in dat geval kruisveerschamieren de voorkeur verdienen.

5 In een uitvoeringsvorm met twee hefbocminrichtingen zal men echter tenminste één hefboominrichting volledig van kruisveerschamieren voorzien om het geheel op deze manier voor torsie bewegingen zo stijf mogelijk te .maken, dat wil zeggen om een rotatie van het geheel tot een minimum te beperken. Voor een bespreking van de 10 theorie en de toepassing van bladveren en kruisveerschamieren zij verwezen naar de volgende publikaties: 1" J. van Eijk, J.F. Dijksman: "Kruisveerschamieren", uit "de Constructeur" van augustus 1981, pagina's 16-21.

ii. J.F. Dijksman: "A study of sane aspects of the mechanical 15 behaviour of cross-spring pivots and plate spring mechanism with negative stiffness”, dissertatie Technische Hogeschool Delft, WT-ΓΗ rapport nunmer 116. iii R. Breitinger: "Lösungskataloge für Sensoren”, deel 1,

Krauskopf Verlag, Mainz 1976.

20 Bovendien bevat publikatie ii nog een literatuurlijst met een dertigtal verwijzingen.

Is de afstand tussen de scharnierende elementen 15 en 16, respectievelijk tussen de scharnierende elementen 15 en 19, a respectievelijk b, dan is de uitwijking w van het membraan, •μ.

25 bij een uitwijking u van de spreekspoelkoker, gelijk aan u.^, zodat een vergroting van de membraanuitwijking met een faktor — gerealiseerd is. Dit is aangegeven in figuur 1c waarin de

CL

hefboominrichting 6 is getoond bij een uitgeweken toestand van spreekspoelkoker 2 en membraan 1. Duidelijk zichtbaar is de 30 uitwijking u van spreekspoelkoker 2 en uitwijking w van membraan 1 ten opzichte van hun respectievelijke rusttoestanden, waarbij w ten gevolge van de overbrenging door de hefboominrichting 6 groter is dan de uitwijking u van de spreekspoelkoker. Eveneens is duidelijk.zichtbaar, dat de scharnierende elementen 15, 16 en 35 19 over een grotere hoek gedraaid zijn dan de scharnierende elementen 18 en 21.

Het spreekt voor zich dat de hefbocminrichtingen 7 en 8 op dezelfde wijze zijn opgebouwd en cp dezelfde wijze 8202529 : ΡΗΝ 10.378 10 : ί · furiktioneren als hiervoor voor de hefboaminrichting 6 is uiteengezet..

De omzetter uit figuur 1 is weergegeven met een vlak membraan. Noodzakelijk is dit niet. Ook andere memhraanvormen zijn mogelijk, zoals domvormige- of konusvormige membranen. Ook is het 5 niet noodzakelijk dat het membraan rond is. Evenzeer zijn bijvoorbeeld vierkate, rechthoekige of ovale membranen mogelijk. De opstelling van de hefbocminridhtingen 6, 7 en 8 draagt er zorg voor dat de spreek-spoel, spreekspoelkoker en membraan gecentreerd worden en alleen maar in de richting van de centrale as 23 kunnen bewegen. Daardoor is 10 centrering van de spreekspoelkoker, dat wil zeggen een, centreerring, overbodig. Het voorgaande geldt alleen bij een ideaal gedrag van de scharnierende elementen: dat wil zeggen dat zij een grote dwars-stijfheid hebben en dat daardoor de hefbooninrichtingen 6,18 alleen bewegen in de bijbehorende vlakken bepaald door de respektievelijke 15 lijnen B-B, C-C en D-D en staande loodrecht op het vlak van tekening in figuur 1a. Bij een niet-ideaal gedrag van (bijvoorbeeld ten gevolge van een ontoelaatbaar grote dwarsslapte in) de scharnierende elementen zullen de hefbocminrichtingen 6, 7 en 8 zich ook buiten de voornoemde vlakken bewegen. Cm té voorkomen dat in dit geval 20 de spreekspoel(koker) in de luchtspleet gaat aanlopen zal een centreerring toch noodzakelijk blijken te zijn. Een andere mogelijkheid is om de bladveren en kruisveerscharnieren breder uit te voeren, waardoor het ideale gedrag weer benaderd kan worden en de centreerring toch achterwege kan blijven.

25 Het verend element 25, dat als harmanikavormige balg is uitgevoerd en dat zowel aan de buitenomtrek van het membraan 1 als aan het chassis 26 van de omzetter is bevestigd, heeft in het ideale geval, dat wil dus zeggen bij (praktisch) geen dwarsslapte in de scharnierende element, evenmin een centrerende funktie te 30 hebben, doch alleen een luchtafdichtende funktie. Dit ter voorkoming van akoestische kortsluiting tussen voor- en achterzijde van het membraan 1. Verder moet het verend element 25 in staat zijn de grote slag van het membraan 1 toe te laten zander het membraan in zijn uitwijking te hinderen. De werking en de eigenschappen van het verend element 35 25 worden later aan de hand van figuur 4 en 5 uitgelegd. Het spreekt natuurlijk voor zich dat ook konventionele verende elementen bruikbaar zijn, mits zij maar de grote slag van het membraan 1 toelaten.

Ten aanzien van de hefbocminrichtingen 6, 7 en 8 zij nog opgemerkt dat 8202529 -- ’ EHN 10,378 11 alhoewel in het uitvoeringsvoorbeeld van figuur 1 het vaste punt 11 zich binnen de spreekspoelkoker of het verlengde daarvan bevindt, dit punt natuurlijk evenzeer buiten de spreekspoelkoker of het verlengde daarvan had kunnen liggen. Het vaste punt 11 voor de hefboominrichting 6 zou 5 dan met het zich buiten de spreekspoelkoker 2 bevindende deel van het magneetsysteem 4 zijn verbonden en de stang 20 zou zich juist binnen het verlengde van de spreekspoelkoker 2 bevinden.

Figuur 2 toont een tweede uitvoeringsvoorbeeld van de omzetter volgens de uitvinding, waarbij weer één van de n hefbocm-10 inrichtingen is aangegeven. Onderdelen uit de figuur 1 en 2 met dezelfde verwijzingscijfers zijn dezelfde. Hefboominrichting 6 bevat weer een hefboonarm 9. De hefbocmarm is ter plaatse van de derde positie 14 via een eerste scharnierend element 30 met het membraan 1, ter plaatse van de tweede positie 13 via het tweede scharnierend 15 element 16, de eerste stang 17 en het derde scharnierend element 18 met de spreekspoelkoker 2, en ter plaatse van de eerste positie 10 via een vierde scharnierend element 31, een tweede stang 32 en een vijfde scharnierend element 33 aan het vast punt 11 gekoppeld.

De scharnierende elementen kunnen weer bladveren of kruisveerschar-20 nieren zijn. Voor de scharnierende element 16, 30 en 31 kiest men weer bij voorkeur kruisveerschamieren. De scharnierende elementen 16, 30 en 31 liggen op één lijn. De scharnierende elementen 18, 30 en 33 liggen eveneens op één lijn. Hierdoor ontstaan in iedere willekeurige uitwijkingsstand van het membraan twee gelijkvormige driehoeken, de 25 ene gevormd door de posities van de scharnierende elementen 30, 31 en 33, en de andere gevormd door de posities van de scharnierende elementen 16, 18 en 30. Het gevolg is een exakt lineaire uitwijkings-vergroting tussen spreekspoelkokeruitwijking en de membraanuitwijking, zodat het hefboom mechanisme praktisch geen bijdrage levert aan de 30 vervorming in het uitgangssignaal van de omzetter. Het membraan 1 is als danvormig membraan uitgevoerd. Doch ook andere membraanvormen zijn, eventueel met enige modifikaties van de hefboominrichting, mogelijk. Zo zal, bij aandrijving van een vlak membraan, tussen het scharnierend element 14 en het membraan nog een extra stang 35 moeten worden aangebracht on zowel positieve als negative uitwijkingen van het vlakke membraan mogelijk te maken. Het aanbrengen van een extra stang tussen het scharnierend element 14 en het membraan 1 verhoogt echter de bewegende massa van het systeem.

8202529 EHN 10.378 12

Dit is nadelig aangezien hierdoor de efficiëntie van de elektro-akoestische omzetter omlaag gaat.

Uit het voorgaande volgt ook dat de efficiency van een omzetter uitgerust met de hefboominrichting van figuur 1, lager is dan g de efficiency van eenzelfde omzetter (met eenzef&è soort membraan) uitgerust met de hefboominrichting uit figuur 2. In de uitvoering volgens figuur 1 voert de tweede stang 20 namelijk een translatie uit overeenkomende net de translatie (uitwijking) van het membraan.

De bewegende massa is in dit geval hoofdzakelijk gelijk aan de 10 son van de massa's van het membraan 1, de tweede stang 20 en de spreek-spoelkoker met de spreekspoel, In de hefhxminrichting van figuur 2 bevindt zich geen stang tussen de hefbocmarm 9 en het membraan 1.

De bewegende massa is dus lager en de efficiency hoger·. De tweede stang 32 in figuur 2 voert alleen een (heel kleine) rotatie uit en geen 15 translatie.

Als verend element 36 gekoppeld tussen buitenomtrek van het membraan 1 en het chassis 26 van de omzetter is in dit geval een meer konventionele uitvoering gekozen, waarbij natuurlijk als eis dient' te gelden dat het verend element 36 de maximale uitwijking van 20 de omzetter mogelijk maakt. Voor grote membraanuitwijkingen zal een dergelijk verend element echter niet bruikbaar zijn. Het, vooral bij grote uitwijkingen niet-lineaire gedrag van het verend element veroorzaakt namelijk een hoge vervorming in het uigangssignaal.van de omzetter. In figuur 3 is schematisch een doorsnede van de uit 25 het Amerikaans oktrooischrift 3 019 849 bekende harmonikavormige, balg weergegeven. Deze balg is wel in staat om grote membraanuitwijkingen toe te laten. De bekende balg heeft echter als nadeel dat het een bijdrage geeft aan het akoestisch uitgangssignaal van de omzetter. Deze bijdrage is ongewenst daar alleen het membraan voor 30 het akoestische uitgangssignaal van de omzetter dient te zorgen.

Het ontstaan van de akoestische bijdrage van de balg aan het uitgangssignaal van de omzetter kan aan de hand van figuur 3 uiteengezet worden. De doorsnede van de balg 40 met een vlak loodrecht op de bewegingsrichting van het membraan (deze richting is in figuur 3 35 aangegeven met de pijlen 41) levert een lijn op. Deze lijn is een gesloten lijn en vormt, indien de balg cirkelvormig is een cirkel.

De lengte van deze lijn (de omfcrekslengte van de cirkel) varieert met een verschuiving van het voomoemde vlak in een richting 8202529 PHN 10.378 13 overeenkomende met de pijlen 41. Zo zijn er lijnen met een minimale lengte aangegeven met 42, te weten daar waar de balg het smalst is , en lijnen met een maximale lengte aangegeven net 43, en wel daar waar de balg het breedst (of het dikst) is. De onderbroken streep-5 lijnen 44 en 44' verbinden de middens (zoals 45 en 451) van de zijden 46 respektievelijk 46’ van de balg.

Indien de balg uit figuur 3 is opgenanen in een elektro-akoestische omzetter dan is de ruimte 47 binnen de balg een ruimte die afgesloten wordt door de balgwand en verder door het membraan aan 10 de bovenzijde van de balg en het magneetsysteem van de elektro-akoestische omzetter aan de onderzijde.

Bij een uitrekken van de balg in een richting aangegeven volgens de pijlen 41 ten gevolge van een uitwijking van het membraan (we nemen voor de eenvoud aan dat als gevolg daarvan zowel de onderis zijde van de balg in figuur 3 naar beneden verplaatst als de bovenzijde van de balg in figuur 3 naar boven, en dat het midden ongeveer op zijn plaats blijft) zal er een onderdruk ontstaat in de ruimte 47.

De middens 45 en 45' zullen daardoor niet alleen in de uitwijkings-richting 41 van het membraan, doch eveneens naar rechts respektievelijk 20 links in de tekening van figuur 3 bewegen. De balg wordt dunner, dit is in figuur 3 weergegegeven doordat de onderbroken streeplijnen 44 en 44' bij deze uitrekking van de balg overgaan in de onderbroken streeplijnen 48 en 481, die de middens 45 respektievelijk 45' ver-' binden tijdens de uitgerekte toestand van de balg. Bij een indrukken 25 van de balg daarentegen zal er een overdruk ontstaan in de ruimte 47.

De middens 45 en 45' zullen dan niet alleen in de uitwijkingsrichting 41 van het msnbraan, doch eveneens naar links respektievelijk rechts in de tekening van figuur 3 bewegen. De balg wordt dikker. Dit is in figuur 3 weergegeven, doordat de onderbroken streeplijnen 44 en 441 30 bij deze indrukking van de balg overgaan in de onderbroken streeplijnen 49 en 49', die de middens 45 respektievelijk 45' verbinden in een ingedrukte toestand van de balg. Het resultaat is dat door de balgwand een akoestisch signaal wordt afgestraald. Deze bijdrage aan akoestisch uitgangssignaal van de omzetter is, zoals hiervoor 35 reeds aangegeven, ongewenst.

Figuur 4 toont van een elektro-akoestische omzetter met een harmonikavormige balg volgens de uitvinding, waarbij de akoestische bijdrage van de balg signifikant is verlaagd.

8202529 • - ♦ 3 PHN TO.378 14

De maatregel volgens de uitvinding houdt in dat de balg ter plekke van een aantal gelijke doorsnedes loodrecht op de bewegingsrichting van het membraan is voorzien van verstevigingsmiddelen voor het tenminste nagenoeg konstant houden van deze doorsnedes, ook bij een uitwijking van 5 het membraan. Dit kan men bijvoorbeeld bereiken door het aanbrengen van stijve ringen aan (in) de balg. Voor de balg uit figuur 4 zijn het de doorsnedes volgens de lijnen 43, te weten de doorsnedes waarvoor de cmtrekslengte, in de niet uitgeweken toestand van het membraan, het grootst is, die konstant blijven. In figuur 4 is dit bereikt door 10 het aanbrengen van de ringen 52. De werking van de balg is schematisch in figuur 5 weergegeven.

Figuur 5 toont het deel van de balg uit figuur 4 aangegeven met V. De twee ringen van de balg gevormd door die gedeelten van de balg tussen de twee lijnen 43 en de ene lijn 42 staan in een 15 rusttoestand van de balg (dat is: bij een niet uitgeweken toestand van het membraan) onder een hoek 2 oC ten opzichte van elkaar.

Dat wil zeggen dat de hoek tussen de stukken AB en AC in figuur 5 is 2o< .In een uitgerekte toestand van de balg staan de ringen onder een grotere hoek β = 2( c< +d& ) ten opzichte van elkaar.

20 De maatregel volgens de uitvinding hield in dat de cmtrekslengte van de lijnen 43 konstant zouden zijn zowel in de rusttoestand als in de uitgerekte toestand van de balg.

Dit is: in figuur 5 weergegeven doordat de punten E, B, C en F op één lijn liggen.

25 Het verschil in oppervlakte van de driehoek ABC en van de driehoek EDF is nu een maat voor de akoestische bijdrage van het verende element 50 aan het uitgangssignaal van de omzetter.

De oppervlakte van driehoek ABC gelijk aan 2 1 sino^ cos o(. , (1) 30 en de oppervlakte van driehoek DEF is gelijk aan l2sin(o<-f-dc^ )cos& +deO, (2) zodat het verschil gelijk is aan l2 £" sin (o( 4d o( )ces (<* +d o< )-sin c< cos X J . (3) 35 In het voorgaande is aangenomen dat de lengten van de stukken AB, AC, DE en DF alle gelijk zijn aan 1.

Door fannile (3) te differentiëren naar οζ kan berekend worden dat de bijdrage van de balg, dat wil zeggen de uitkomst van formule (3) 8202529 ' PHN 10.378 15 P * - minimaal is indien 0( =45°, of wel de hoek tassen de oppervlakken van de ringen moet 90° zijn. Bij voorkeur zal men, afhankelijk van de maximale uitwijking van het membraan, het verend element zodanig kons truer en dat voor een willekeurige uitgeweken toestand van 5 het membraan de hoek tussen twee ringen van de balg een maximale variatie van + 30° ondergaat rcnd de 90°. Dat wil zeggen dat 60 < (¾ < 120°. (¾) deze wijze kan bereikt warden dat de akoestische bijdrage van de balg zo laag mogelijk is.

Het feit dat, bij de omzetter uit figuur 4, de balg langs een 10 lijn met maximale lengte aan enerzijds het membraan 1 en anderzijds het chassis 26 is bevestigd, bepaalt in feite de keuze welke doorsneden konstant blijven. De bevestiging van de balg aan membraan en chassis (in dit geval een lijn met maximale lengte) zal tijdens een uitwijking van het membraan natuurlijk niet van lengte 15 veranderen. In dit geval kiest men dan ook de lijnen 43 als zijnde die lijnen die men ook bij een uitwijking een konstante waarde laat behouden.

Het was ook mogelijk geweest dat de balg juist langs, een lijn net minimale lengte aan membraan en chassis was bevestigd. In dat geval 20 zal men de lijnen 42 verstijven. In het algemeen kan men de balg echter ook qp plaatsen verstijven die tussen de minimal p> en de maximale doorsnedes liggen, mits al de doorsnedes in de rusttoestand van de balg maar een gelijke omfcrekslengte hebben.

De harmonikavormige balg volgens de uitvinding zoals 25 hiervoor en aan de hand van figuur 5 is beschreven is in het algemeen bruikbaar in alle elektro-akoestische omzetters, waar het gaat cm het verlagen van de vervorming ten gevolge van de akoestische bijdrage van de bekende verende elementen, dus ook in omzetters volgens de stand van de techniek. Men verkrijgt dan 30 de konstruktie zoals in figuur 4 aangegeven. De balg is echter in het bijzonder bruikbaar in elektro-akoestische omzetters net * een lange slag, dus ook bij de omzetter met het hefboom mechanisme volgens de uitvinding, zoals getoond, in figuur 1 of 2.

Het zij vermeld dat de uitvinding niet beperkt is tot 35 elektro-akoestische anzetters zoals getoond in de uitvoerings-voorbeelden. De uitvinding is eveneens van toepassing op die elektro-akoestische omzetters die op niet op het idee van de uitvinding betrekking hebbende punten van de getoonde 8202529 ί ΕΗΝ 10.378 16 uitvoeringsvoorbeelden verschillen.

5 10 15 20 25 30 35 8202529

Claims

1. Elektro-akoestische omzetter voorzien van een membraan, een magneetsysteem en een op een spreekspoelkoker aangebrachte spreekspoel die is aangebracht in een luchtspleet van het magneetsysteem, met het kenmerk, dat de bewegingsover- 5 brenging tussen spreekspoelkoker en membraan plaats vindt via een hefboom mechanisme.

2. Elektro-akoestische omzetter volgens konklusie t, met het kenmerk, dat het hefboom mechanisme n hefbcominrichtingen omvat, die ander een hoek. ten opzichte van elkaar zijn opgesteld 10 (n \ 2, waarbij voor n=2 genoemde hoek kleiner is dan 180° en qgnO voor n ^ 3 de hoek bij. voorkeur gelijk is aan /n).

3. Elektro-akoestische omzetter volgens konklusie 1 of 2, met het kenmerk, dat een hefbocminrichting een hefboomarm bevat, die ter plaatse van een eerste positie op de hefboomarm is 15 gekoppeld met een vast punt, die ter plaatse van een tweede positie qp de hefboomarm is gekoppeld met de spreekspoelkoker en die ter plaatse van een derde positie op de hefboomarm is gekoppeld net het membraan.

4. Elektro-akoestische omzetter volgens konklusie 3, 20 met het kenmerk, dat de hefboomarm ter plaatse van de eerste positie via een eerste scharnierend element met het vast punt is gekoppeld, ter plaatse van de tweede positie via een tweede scharnierend element, een eerste stang en een derde scharnierend element met de spreekspoelkoker is gekoppeld en ter plaatse van de derde positie 25 via een vierde scharnierend element, een tweede stang en een vijfde scharnierend element met het membraan is gekoppeld.

5. Elektro-akoestische omzetter volgens konklusie.3, met het kenmerk, dat de hefboomarm ter plaatse van de derde positie via een eerste scharnierend element met het membraan is gekoppeld, 30 ter plaatse van de tweede positie via een tweede scharnierend element, een eerste stang en een derde scharnierend element met de spreekspoelkoker is gekoppeld en ter plaatse van de eerste positie via een vierde scharnierend element, een tweede stang en een vijfde scharnierend element met het vaste punt is gekoppeld.

6. Elektro-akoestische omzetter volgens konklusie 5, met het kenmerk, dat het eerste, tweede en vierde scharnierend element respektievelijk het eerste, derde en vijfde scharnierend element op één lijn liggen. 8202529 % * EHN 10.378 18 ____

7. Elektro-akoestische omzetter volgens één der konklusies ... 4 tot en met 6, met het kenmerk, dat de scharnierende elementen bladveren en/of kruisveerscharnieren zijn.

8. Elektro-akoestische omzetter volgens konklusie 7, 5 met het kenmerk, dat ten minste het eerste, het tweede en het vierde scharnierende element kruisveerscharnieren zijn.

9. Elektro-akoestische omzetter volgens één der konklusies 3 tot en met 8, met het kenmerk, dat het vaste punt zich binnen de spreekspoelkoker of het verlengde daarvan 10 te vindt en aan het binnen de spreekspoelkoker gelegen gedeelte van het magneetsysteem is bevestigd.

10. Elektro-akoestische omzetter voorzien van een membraan en een verend element dat zowel aan de buitenomtrek van het membraan als aan een chassis van de omzetter is bevestigd, welk verend element 15 is uitgevoerd als een harmonikavormige balg, met het kenmerk, dat de balg ter plekke van een aantal gelijke doorsnedes loodrecht op de bewegingsrichting van het membraan voorzien is van verste-vigingsmiddelen voor het tenminste nagenoeg konstant houden van deze doorsnedes, ook bij een uitwijking van het membraan.

11. Elektro-akoestische omzetter volgens één der konklusies I tot en met 9, met het kenmerk, dat de omzetter is voorzien van een verend element dat zowel aan de buitenomtrek van het membraan als aan een chassis van de omzetter is bevestigd, welke verend element is uitgevoerd als een harmonikavormige balg, en dat de balg 25 ter plekke van een aantal gelijke doorsnedes loodrecht op de bewegingsrichting van het membraan voorzien is van verstevigingsmiddelen voor het tenminste nagenoeg konstant houden van deze doorsnedes, ook bij een uitwijking van het membraan.

12. Elektro-akoestische omzetter volgens konklusie 30 10 of 11, met het kenmerk, dat de verstevigingsmiddelen zijn aangebracht ter plekke van die doorsneden waarvoor de omtrekslengte, bij een niet uitgeweken toestand van het membraan, het grootst is.

13. Elektro-akoestische omzetter volgens konklusie 10, II of 12, met het kenmerk, dat de oppervlakken van steeds twee 35 opvolgende ringen van de balg, welke ringen zijn verkregen door het doorsnijden van de balg net drie vlakken loodrecht op de bewegingsrichting van het membraan, waarbij de doorsnedes van het eerste en het derde vlak met de balg. lijnen met de kleinste 8202529 t «c > ------ PHN 10.378 19 (of juist de grootste) ontrekslengte opleveren, en de doorsnede van het zich tussen het eerste en het derde vlak bevindende tweede vlak een lijn met de grootste.(of juist de kleinste) lengte oplevert, onder een hoek van.2o( aan elkaar aansluiten, waarbij in de niet 5 uitgeweken toestand van het membraan de hoek tenminste ongeveer gelijk ΛΛ o is aan 90 .

14. Elektro-akoestische omzetter volgens konklusie 13, net het kenmerk, dat voor iedere uitgeweken toestand van het membraan geldt dat de hoek waaronder de genoemde twee ringen aan elkaar aan-10 sluiten altijd ligt tussen 60° en 120°.

15 20 25 30 8202529 35