Sensor zum Erfassen einer Bewegung einer Lautsprechermembran Sensor for detecting a movement of a loudspeaker diaphragm
Gebiet der Erfindung Field of the invention
Die Erfindung betrifft einen Sensor zum Erfassen einer Bewegung einer Lautsprechermembran nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . The invention relates to a sensor for detecting a movement of a loudspeaker diaphragm according to the preamble of claim 1.
Technischer Hintergrund Technical background
Lautsprecher bzw. deren Töner übersetzen elektrische Signale in akustische Signale. Bei der Übertragung sind in einem passiven und ungeregelten System aufgrund der Eigendynamik der mechanischen Bauteile gewisse Fehler unvermeidlich. Speakers or their speakers translate electrical signals into acoustic signals. During transmission, certain errors are unavoidable in a passive and unregulated system due to the inherent dynamics of the mechanical components.
Es ist bekannt, hochwertige Aktivlautsprecher mit Regelungssystemen auszustatten, die in der Lage sind, unerwünschte Abweichungen zwischen der Amplitude des elektrischen Eingangssignals und der Amplitude der Membranschwigungen einer Lautsprechermembran durch einen geschlossenen Regelkreis weitestge- hend zu eliminieren. Die Membranbewegungen werden permanent durch ein Sensorsystem mit dem tatsächlichen Musiksignal verglichen und korrigiert. Derartige aktive Lautsprecher vermeiden weitestgehend Leitungsverluste und Impedanzprobleme und haben weitere Vorteile im Hinblick auf Frequenzweichenleistung, exakte Phasenlage, Verstärker-Chassis-Verhältnis, tatsächliche Endstufen- leistung, schnelle Impulsverarbeitung und hohe Dynamik. It is known to provide high-quality active loudspeakers with control systems which are able to largely eliminate unwanted deviations between the amplitude of the electrical input signal and the amplitude of the membrane sway of a loudspeaker diaphragm by a closed loop. The membrane movements are permanently compared and corrected by a sensor system with the actual music signal. Active loudspeakers of this type largely avoid line losses and impedance problems and have further advantages in terms of crossover performance, exact phase position, amplifier-chassis ratio, actual output power, fast pulse processing and high dynamics.
Dabei können induktive und kapazitive Sensoren zum Erfassen der Membranposition verwendet werden. Aus der DE 27 52 433 ist eine induktive Sensorspule bekannt, die mit der Membran eines Lautsprechers mechanisch verbunden ist und in der bei Bewegung der Lautsprechermembran eine elektrische Spannung induziert wird. Die die Induktionsspule ist so angeordnet, dass ihre Wickelebene senkrecht zur Wickelebene der Schwingspule verläuft und eine Ebene, welche die Rotationsachse der
Schwingspule enthält, die Induktionsspule in der Mitte ihrer Längsausdehnung teilt. In this case, inductive and capacitive sensors can be used to detect the membrane position. From DE 27 52 433 an inductive sensor coil is known which is mechanically connected to the membrane of a loudspeaker and in which an electrical voltage is induced during movement of the loudspeaker membrane. The induction coil is arranged so that its winding plane is perpendicular to the winding plane of the voice coil and a plane which the axis of rotation of the Contains voice coil dividing induction coil in the middle of their longitudinal extent.
Durch diese Anordnung wird vermieden, dass das magnetische Streufeld der von einem Wechselstrom durchflossenen Lautsprecherschwingspule nicht noch eine zusätzliche Spannung induziert und so das Messsignal beeinflusst. Die flach gewickelte Induktionsspule wechselwirkt mit einem Permanentmagneten, der mit dem Lautsprecherchassis verbinden ist und ein Magnetfeld senkrecht zur Wickelungsebene der Spule erzeugt, so dass der magnetische Fluss durch die Spule von der Position der Membran abhängt und daher durch jede Bewegung der Membran eine Spannung in der Spule induziert wird. This arrangement avoids that the stray magnetic field of the transduced by an alternating current speaker coil does not induce an additional voltage and thus affects the measurement signal. The flat wound induction coil interacts with a permanent magnet which connects to the speaker chassis and generates a magnetic field perpendicular to the winding plane of the coil so that the magnetic flux through the coil depends on the position of the diaphragm and therefore any tension in the diaphragm will cause stress in the coil Coil is induced.
Die Herstellung derartiger Induktionsspulen ist eine große Technische Herausforderung, da möglichst vermieden werden muss, dass das von der Membran getragene und beschleunigte Gewicht der Induktionsspule und eines Spulenträgers der Induktionsspule die Dynamik des Lautsprechers in einer Weise beeinflusst, die durch die Rückkopplungsregelung nicht mehr kompensiert werden kann. Die Spule wurde daher nach dem Stand der Technik aus einem sehr dünnen Kupferdraht gewickelt und auf eine leichte, aber möglichst steife Platte aufgebracht und dort vergossen oder verklebt. Die einzelnen Spulenwicklungen müssen gegenei- nander und gegenüber dem Spulenträger elektrisch isoliert sein. The production of such induction coils is a major technical challenge, since it must be avoided if possible that the supported and accelerated weight of the induction coil and a coil carrier of the induction coil affects the dynamics of the speaker in a way that can not be compensated by the feedback control , The coil was therefore wound in the prior art from a very thin copper wire and applied to a light but stiff as possible plate and cast or glued there. The individual coil windings must be electrically insulated from one another and from the coil carrier.
Es bestand bisher das technische Vorurteil, dass ein hinreichend leichtes Gewicht nur durch die herstellungstechnisch anspruchsvolle und arbeitsintensive Wicklung aus dünnem Kupferdraht erreichbar ist. So far, there has been the technical prejudice that a sufficiently light weight can be achieved only by the manufacturing technically demanding and labor-intensive winding of thin copper wire.
Zusammenfassung der Erfindung Summary of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sensor der oben beschriebenen Art mit einer einfach und kostengünstig herstellbaren und gleichzeitig robusten Induktionsspule bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch einen Sensor nach dem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung geht aus von einem Sensor zum Erfassen einer Bewegung einer Lautsprechermembran, umfassend zumindest eine Induktionsspule zur Befestigung auf der Lautsprechermembran und einen Permanentmagneten zur Befestigung an einem Lautsprecherchassis derart, dass das Magnetfeld des Perma- nentmagneten bei einer Bewegung der Induktionsspule gemeinsam mit der Lautsprechermembran eine Spannung in der Induktionsspule induziert. The invention has for its object to provide a sensor of the type described above with a simple and inexpensive to produce and at the same time robust induction coil. The object is achieved by a sensor according to claim 1. Advantageous developments emerge from the subclaims. The invention is based on a sensor for detecting a movement of a loudspeaker diaphragm, comprising at least one induction coil for attachment to the loudspeaker diaphragm and a permanent magnet for attachment to a loudspeaker chassis such that the magnetic field of the permanent magnet together with the loudspeaker diaphragm during a movement of the induction coil Induced voltage in the induction coil.
Es wird vorgeschlagen, dass die Induktionsspule eine spiralförmige Leiterbahn auf einer Leiterplatte umfasst. Entgegen den bestehenden technischen Vorurtei- len ist heute die Technologie zum Aufbringen von Leiterbahnen auf Leiterplatten hinreichend ausgereift um die Anforderungen an das Gewicht, die Präzision und die Robustheit zu erfüllen, die eine gattungsgemäße Sensoranordnung erfüllen muss. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Leiterbahn auf die Leiterplatte aufgedruckt. Dadurch kann eine besonders leichte Bauweise erreicht werden. It is proposed that the induction coil comprises a spiral-shaped conductor track on a printed circuit board. Contrary to the existing technical prejudices, today the technology for applying printed conductors to printed circuit boards is sufficiently mature to meet the weight, precision and robustness requirements which a generic sensor arrangement must meet. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the conductor track is printed on the circuit board. This allows a particularly lightweight design can be achieved.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Induktionsspule aus einem Stapel aus mehreren, jeweils mit einer spiralförmigen Leiterbahn versehenen Leiterplatten gebildet. In a preferred embodiment of the invention, the induction coil is formed from a stack of a plurality of, each provided with a spiral conductor track printed circuit boards.
Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der Sensor zumindest zwei nebeneinander angeordnete Induktionsspulen mit umgekehrter Wickelungsrichtung um- fasst, und zwar vorzugsweise derart, dass die Leiterplatten jeweils mit zwei spiralförmigen Leiterbahnen ausgestattet sind, wobei jeweils eine der zwei spiralförmigen Leiterbahnen einer der nebeneinander angeordneten Induktionsspulen zugeordnet ist. Die Spulen bzw. Leiterbahnen können dabei insbesondre in der Bewegungsrichtung der Membran nebeneinander angeordnet sein, so dass die Be- wegungen zu einer Differenz zwischen den induzierten Spannungen führen, die einfach und präzise messbar ist. sind Die zwei spiralförmigen Leiterbahnen auf einer Leiterplatte können dabei identisch sein, jedoch in entgegengesetzter Richtung mit den entsprechenden Leiterbahnen auf in dem Stapel benachbarten Lei-
terplatten verknüpft sein, um so trotz der identischen Form die entgegengesetzten Wickelungsrichtungen zu erzeugen. Dadurch können die Herstellungskosten weiter reduziert werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Induktionsspule aus einem Stapel aus wenigstens 18 Leiterplatinen gebildet, wobei jede der spiralförmigen Leiterbahnen wenigstens 15 Wicklungen umfasst. In this case, it is particularly advantageous if the sensor comprises at least two induction coils arranged next to one another with the winding direction reversed, preferably in such a way that the printed circuit boards are each provided with two spiral-shaped conductor tracks, one of the two spiral-shaped conductor tracks being associated with one of the induction coils arranged next to one another is. In particular, the coils or strip conductors can be arranged next to one another in the direction of movement of the membrane, so that the movements lead to a difference between the induced voltages, which can be measured simply and precisely. In this case, the two spiral-shaped conductor tracks on a printed circuit board can be identical, but in the opposite direction with the corresponding conductor tracks on conductors adjacent to one another in the stack. terplatten be linked so as to produce the opposite winding directions despite the identical shape. As a result, the production costs can be further reduced. In a preferred embodiment, the induction coil is formed from a stack of at least 18 printed circuit boards, each of the spiral printed conductors comprising at least 15 windings.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Lautsprecher mit einem Sensor der oben beschriebenen Art und mit einem Schaltkreis zum Erzeugen einesAnother aspect of the invention relates to a loudspeaker with a sensor of the type described above and with a circuit for generating a
Rückkopplungssignals abhängig von der in der Induktionsspule induzierten Spannung zum Regeln der Position der Lautsprechermembran. Feedback signal dependent on the voltage induced in the induction coil for controlling the position of the speaker diaphragm.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung und die beigefügten Patentansprüche sowie die Figuren zeigen zahlreiche Merkmale in speziellen Kombinationen. Der Fachmann wird die Merkmale und ihre Vorteile auch einzeln betrachten und abhängig von dem gewünschten Anwendungsgebiet zu weiteren Kombinationen und Unterkombinationen zusammenfassen, um die in den Ansprüchen definierte Erfindung an seine oder ihre Bedürfnisse anzupassen. The above-described embodiments of the invention and the appended claims as well as the figures show numerous features in specific combinations. The person skilled in the art will also consider the features and their advantages individually and, depending on the desired field of application, combine them into further combinations and subcombinations in order to adapt the invention defined in the claims to his or her needs.
Kurze Beschreibung der Figuren Brief description of the figures
Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Lautsprechers mit einem erfindungsgemäßen Sensor; und Fig. 1 shows a sectional view of a loudspeaker with a sensor according to the invention; and
Fig. 2 zeigt eine Leiterplatte einer Induktionsspule des Sensors aus Fig. 2 shows a circuit board of an induction coil of the sensor
Fig. 1 in einer Draufsicht. Fig. 1 in a plan view.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Fig. 1 zeigt Lautsprecher mit einem erfindungsgemäßen Sensor 10 und mit einem Schaltkreis 12 zum Erzeugen eines Rückkopplungssignals abhängig von einem Signal des Sensors 10, welches eine Bewegungskenngröße einer Lautsprechermembran 14 wiedergibt.
Der Sensor 10 umfasst einen als Samarium-Kobaltmagneten ausgebildeten Permanentmagneten 16 und eine damit wechselwirkende Induktionsspule 18. Durch eine Bewegung der Induktionsspule 18 relativ zu dem Permanentmagneten 16 wird in der Induktionsspule 18 eine Spannung induziert, die im Wesentlichen pro- portional zur Bewegungsgeschwindigkeit der Lautsprechermembran 14 ist, so dass durch einen Integratorschaltkreis die Position der Lautsprechermembran 14 zum Regeln der Position der Lautsprechermembran 14 ermittelt werden kann. Der aktiv geregelte Lautsprecher umfasst ein Lautsprecherchassis 20 und die darin befestigte Lautsprechermembran 14 mit einer Sicke. Die Lautsprechermemb- ran 14 ist mit einer steifen Aluminiumkalotte 22 mit einem mittig angeordneten Dom verbunden und wird mit einer an der Aluminiumkalotte 22 befestigten Schwingspule 24 zu Bewegungen angeregt, die Schallwellen erzeugen. DESCRIPTION OF THE EXEMPLARY EMBODIMENTS FIG. 1 shows loudspeakers with a sensor 10 according to the invention and with a circuit 12 for generating a feedback signal as a function of a signal of the sensor 10, which reproduces a movement characteristic of a loudspeaker diaphragm 14. The sensor 10 comprises a permanent magnet 16 designed as a samarium cobalt magnet and an induction coil 18 interacting therewith. By moving the induction coil 18 relative to the permanent magnet 16, a voltage is induced in the induction coil 18 which is substantially proportional to the speed of movement of the loudspeaker diaphragm 14 is, so that by an integrator circuit, the position of the speaker diaphragm 14 for controlling the position of the loudspeaker diaphragm 14 can be determined. The actively controlled loudspeaker comprises a loudspeaker chassis 20 and the loudspeaker diaphragm 14 fixed therein with a bead. The loudspeaker diaphragm 14 is connected to a rigid aluminum dome 22 with a centrally arranged dome and is excited with a voice coil 24 fastened to the aluminum dome 22 to movements which generate sound waves.
Ferner ist neben der Schwingspule 24 auch die Induktionsspule 18 des Sensors in der Kalotte 22 befestigt und damit mit der Lautsprechermembran 20 bewe- gungsverbunden. Die Induktionsspule 18 hat eine senkrecht zur Schwingspule 24 verlaufende Wicklungsrichtung und wechselwirkt mit dem Permanentmagneten 16, der über einen Träger 26 und eine Polplatte 28 an dem Lautsprecherchassis 20 derart befestigt ist, dass seine Magnetisierung senkrecht zur Wickelungs- ebene der Induktionsspule 18 und senkrecht zu der Magnetisierungsrichtung von zwei weiteren, mit der Schwingspule 24 wechselwirkenden, ringförmigen Permanentmagneten 30, 32 verläuft. Furthermore, in addition to the voice coil 24, the induction coil 18 of the sensor is fastened in the dome 22 and thus connected to the speaker diaphragm 20. The induction coil 18 has a direction perpendicular to the voice coil 24 winding direction and interacts with the permanent magnet 16 which is attached via a carrier 26 and a pole plate 28 to the speaker chassis 20 such that its magnetization perpendicular to the winding plane of the induction coil 18 and perpendicular to the Magnetization direction of two further, interacting with the voice coil 24, annular permanent magnets 30, 32 extends.
Das Magnetfeld des Permanentmagneten 16 durchdringt die Induktionsspule 18 teilweise, so dass sich der magnetische Fluss durch die Fläche der Induktionsspule 18 bei jeder Bewegung der Induktionsspule 18 in der Hauptschwingungsrichtung der Lautsprechermembran 14 parallel zur Symmetrieachse der Lautsprechermembran 14 und der Schwingspule 24 ändert. Der sich verändernde magnetische Fluss erzeugt eine induzierte Spannung in der Induktionsspule 18. The magnetic field of the permanent magnet 16 partially penetrates the induction coil 18, so that the magnetic flux through the surface of the induction coil 18 changes with each movement of the induction coil 18 in the main vibration direction of the speaker diaphragm 14 parallel to the axis of symmetry of the speaker diaphragm 14 and the voice coil 24. The changing magnetic flux generates an induced voltage in the induction coil 18.
Die Induktionsspule 18, umfasst mehrere aufeinandergestapelte Leiterplatten 34 der in Fig. 2 dargestellten Art. Jeder der Leiterplatten 34 umfasst zwei spiralförmige Leiterbahnen 36 mit jeweils 15 Wickelungen, die auf die Leiterplatte 34 aufgedruckt sind. Dadurch kann eine besonders leichte Bauweise erreicht werden.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Induktionsspule 18 aus einem Stapel aus insgesamt 18 Leiterplatten gebildet. The induction coil 18 comprises a plurality of stacked printed circuit boards 34 of the type shown in Fig. 2. Each of the printed circuit boards 34 comprises two spiral conductor tracks 36 each having 15 windings, which are printed on the printed circuit board 34. This allows a particularly lightweight design can be achieved. In one embodiment, the induction coil 18 is formed from a stack of a total of 18 printed circuit boards.
Die Leiterplatten 34 bzw. Induktionsspulen 18 bzw. Leiterbahnen 36 werden da- bei so an der Lautsprechermembran 14 befestigt, dass sie sich bei einer Bewegung der Lautsprechermembran 18 in der Hauptschwingungsrichtung in der in Fig. 2 horizontalen Richtung bewegen. Im Ruhezustand der Membran ist der Permanentmagnet 16 mittig zwischen den beiden Teilspulen angeordnet, so dass sich die magnetischen Flüsse der Spulen eliminieren und dass die Bewegungen zu einer Differenz zwischen den induzierten Spannungen führen, die einfach und präzise messbar ist. Die zwei spiralförmigen Leiterbahnen 36 auf einer Leiterplatte 34 sind identisch, jedoch, in entgegengesetzter Richtung mit den entsprechenden Leiterbahnen 36 auf in dem Stapel benachbarten Leiterplatten 34 verknüpft, um auf diese Weise trotz der identischen Form die entgegengesetzten Wickelungsrichtungen zu erzeugen.
The printed circuit boards 34 or induction coils 18 or strip conductors 36 are fastened to the loudspeaker membrane 14 in such a way that they move in the horizontal direction in the main oscillation direction when the loudspeaker membrane 18 moves in the main oscillation direction. In the resting state of the membrane, the permanent magnet 16 is arranged centrally between the two sub-coils, so that eliminate the magnetic fluxes of the coils and that the movements lead to a difference between the induced voltages, which is easy and precise measurable. The two spiral tracks 36 on a circuit board 34 are identical but opposite in direction to the corresponding tracks 36 on boards 34 adjacent the stack, thus creating the opposite winding directions despite the identical shape.