Elektrodynamisches Gerät. Die Erfindung bezieht sich auf ein elek trodynamisches Gerät, das im besonderen als Hörer oder Mikrophon verwendbar ist. Das Gerät ist mit einer am Rande eingespann ten, ,durch eine Schwingspule angetriebenen Membrane versehen.
Die Hörer für Fernsprechbetrieb arbei teten bisher nach dem magnetischen Prinzip; d. h. in möglichst geringem Abstand vom Magnetpol, auf welchem die sprechs@trom- durchflossenen Wicklungen sitzen, ist eine Membrane aus magnetisierbarem iStoff, z. B. Eisen angeordnet.
Die Neigung insbesondere zu nichtlinearen Verzerrungen, welche vor wiegend durch .den variablen Abstand der Membrane von den Polflächen, vor allem bei grossen Amplituden, bedingt ist, hatte schon vor längerer Zeit Veranlassung gegeben, Hörer mit besonderem Eisenanker herzustel len bezw. sich der symmetrischen und Frei schwingersysteme zu bedienen, ähnlich wie sie im Lautsprecherbau Eingang gefunden haben.
Wenn auch hierdurch gewisse Vor- teile erzielt wurden, so waren ,diese doch nicht so erheblich, dass sie die verhältnis mässig hohen Kosten derartiger Spezialaus führungen rechtfertigen konnten. Im übrigen war das wiedergegebene Frequenzband rela tiv schmal und übertraf nicht wesentlich das- jenige der ersterwähnten Ausführungen, so dass praktisch, und dabei nicht einmal ver zerrungsfrei, nur,das Frequenzband von eini gen 100 bis etwa 3500 Hertz wiedergegeben wurde.
Der Widerstand für magnetische Kopf= hörer, die in Fernsprechnetzen benutzt wer den, beträgt im allgemeinen etwa 60 Ohm. Es ist aber im Fernsprechbetrieb unvermeid- lich, dass ständig eine .grössere Anzahl von Hörern parallel geschaltet ist, wodurch sich ein unverhältnismässig grösser Energiever- brauch ergibt, der den gesamten Sprech betrieb eines Fernsprechamtes stark belastet.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, elek trodynamische Hörer zu benutzen.. Der Auf bau dieser Hörer erfolgte auf Grund der Er- kenntnis und Erfahrungen, die bei elektro dynamischen Lautsprechern gemacht wurden. Es sind im Laufe der Jahre eine ganze Reihe verschiedenartiger elektrodynamischer Hörer -egeben worden, welche die geschilderten <B>i</B> -in.
Nachteile vermeiden und eine neue Aera des Kopfhörerbaues ermöglichen sollten. Man hat hierfür zum Beispiel auch recht kompli zierte Membrananordnungen eingesetzt, um die notwendige Rückstellkraft zu erhalten und insbesondere Partialschwingungen und Kombinationstöne zu vermeiden, wie sie den meisten Anordnungen mehr oder weniger an haften und die naturgemäss bei einfacher geometrischer Verkleinerung der im Laut sprecherbau üblichen Mittel sich recht. stö rend bemerkbar machen können.
Besonders bekannt geworden sind kombinierte Mem branen, die beispielsweise aus der Vereini gung von zwei Kegelflächen oder einer sol chen mit einer Kugelkalottenfläche gebildet wurden. Ferner so gestaltete Membranen, dass sich zwischen dieser und einer festen Gegen fläche ein Luftpolster ausbildete, um Par tialschwingungen, also nichtlineare Verzer rungen zu vermeiden. Diese Anordnungen haben trotz des verhältnismässig komplizier ten teuren Aufbaues den gewünschten Erfolg nicht erzielen lassen, ganz abgesehen davon, dass eine verhältnismässig grosse Energie zum Betriebe notwendig war.
Man war infolge dessen dazu übergegangen, ähnlich dem Bandlautsprecher, zwischen den Magnet polen ein sprachstromdurchflossenes, sehr dünnes Aluminiumbändchen anzuordnen, wo bei es jedoch schwierig bezw. unmöglich war, die Anordnung in dem relativ kleinen Raum einer Hörerkapsel unterzubringen, ganz ab gesehen davon. dass auch diese Ausführung einen verhältnismässig grossen Strombedarf erforderte.
Die obenerwähnten Nachteile werden durch die Erfindung behoben. Zwecks opti malen U'iedergabeeffektes bei geringstem Energiebedarf werden in dem elektrodyna mischen Gerät gemäss vorliegender Erfin dung mehrere Merkmale vereinigt, die zum Teil an sich bekannt sind. Versuche haben gezeigt, dass durch die unten angegebene Vereinigung solcher Merk male ein Hörer geschaffen werden kann, der Frequenzen von 80 bis 800 Hertz lautstark und vollkommen verzerrungsfrei wiedergibt, wobei ausserdem noch der Stromverbrauch ein Bruchteil des Stromverbrauches für die bis her verwendeten Hörer für Fernsprechzwecke ist.
Die Versuche haben gezeigt, dass die er zielte Gesamtwirkung weit über die erwartete Summe der Einzelwirkungen, die durch die Einzelmerkmale hervorgerufen werden kön nen, hinausgeht.
Der Erfolg, der mit dem elektrodynami schen Gerät nach der Erfindung erreicht wurde, ist derart überragend, dass er weder auf Grund theoretischer Überlegungen, noch nach den bisher in der Praxis gemachten Er fahrungen vorauszusehen war.
Wesentlich ist noch, dass das Bewegungs system des Gerätes gemäss der Erfindung mit verhältnismässig einfachen billigen Mitteln räumlich derart klein ausgeführt werden kann, dass es in jeder normalen Hörerdose. Kapsel oder dergl. leicht unterzubringen ist.
Die Merkmale, durch welche die über raschende Wirkung hervorgerufen wird, sind: 1. Die Membrane hat eine Schwingspule, deren Widerstand den eines normalen Hörers, d. h. 60 S2, übersteigt.
2. Es wird ein auf die Spule einwirken des permanentes Magnetfeld verwendet, des sen unterste Kraftliniendichte 1500 Gauss ist.
3. Das Gehäuse ist mit Öffnungen ver sehen, damit ,eine möglichst freie Schallab strahlung erfolgt.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, eine Membrane so zu haltern, dass sie kolben artig schwingt. Dabei wurde aber bisher nicht beachtet, dass die Membrane auch tatsächlich freie Schallabstrahlung haben muss; vielmehr wurden die Vorteile der weichen Halterung durch das die Membrane umgebende Gehäuse, welches ein freie Schallabstrahlung behin derte, wieder aufgehoben. Bei dem Versuch, diesen Nachteil teilweise zu beseitigen, war es dann notwendig, die Antriebsenergie für die Membrane zu erhöhen, d. h. den Ohm- sehen Widerstand der Schwingspule zu ver ringern.
Es ergab sich somit ein weiterer Nachteil, ohne dass der zuerst genannte Nach teil vollkommen beseitigt werden konnte. Ferner ist bisher noch nicht erkannt worden, dass ausserdem ein starkes permanentes 1Ta- gnetfeld erforderlich ist, dessen unterste Kraftliniendichte 1500 Gauss ist. In der Praxis wird mit Vorteil eine Kraftliniendichte von ?000 bis 2500 Gauss und mehr verwendet, um einen Tonfrequenzbereich von 80 bis 8000 Hertz und eine lautstarke Wiedergabe zu er reichen, wobei für die Energieaufnahme nur ein Bruchteil des Stromes selbst eines beson ders hochwertigen magnetischen Hörers be nötigt wird.
Es ergibt sich somit die überraschende Tatsache, dass bei geringerem Stromverbrauch ein Gerät gebaut werden kann, das gegen über den bisher bekannten Geräten, insbeson dere Hörern,. wesentlich lautstärker wird und ausserdem noch einen wesentlich höheren Fre quenzbereich umfasst. Es kann dazu noch die besondere Dimensionierung der Schwingspule und der auf die Schwingspule aufgebrachten Wicklung beitragen. Es werden mit Vorteil mehrere Lagen, z. B. zirka sieben, eines sehr dünnen Drahtes von 0,035 bis 0,04 mm 0 auf die Schwingspule aufgebracht. Der Spu- lendurchmesser ist entsprechend der Ampere windungszahl, sowie dem Widerstand der Spule und dem Drahtquerschnitt bemessen.
Die Versuche haben ergeben, dass mit dem Widerstand der Schwingspule auf 230 Ohm und noch höher gegangen werden kann.
Um den erfindungsgemässen Effekt zu erzielen, ist es jedoch unbedingt erforderlich. für eine möglichst freie, tunlichst unge hemmte Schallabstrahlung von der Mem brane, die tunlichst als Ganzes arbeiten soll und bei der infolgedessen jede Partialschwin- gung einzelner Membranpartien vermieden werden soll, Sorge zu tragen.
Jede Luftkom pression, Luftpolsterung oder dergl., welche die Naturtreue der Wiedergabe ungünstig beeinflussen könnte, ist nachteilig und muss daher vermieden werden. Infolgedessen kann das Gehäuse, in wel ches das elektrodynamische System einzu schliessen ist, um dieses gegen mechanische Einflüsse zu schützen, so ausgeführt werden, dass eine Schallabstrahlung nach vorwärts und rückwärts stattfinden kann.
Der Vorder- und Hinterdeckel, gegebenenfalls aber auch die Seitenwandungen müssen dann mit ent sprechend gross bemessenen Aussparungen versehen bezw. durch Siebe oder ähnliche Vorrichtungen abgeschlossen werden.
Um nun anderseits zu verhindern, dass durch die relativ grossen Öffnungen Fremd körper, wie insbesondere auch Staub, in das Innere des Gehäuses eindringen, sich vor allem auf die Membrane niederschlagen und deren Funktion beeinträchtigen, findet zweckmässigerweise noch eine weitere Ab schliessung durch dünne Gaze, Kunstseide oder dergl. statt, welche die Schallabstrah lung praktisch nicht merklich hindert.
Es hat sich als zweckmässig erwiesen, den Permanentmagneten, dessen Masse für die Dichte des Magnetfeldes mitspricht und der ohnehin bei der erforderlichen räumlich kleinen Ausführung nicht sehr gross gehalten werden kann, so auszuführen, dass er nicht den gesamten Innenraum des Gehäuses aus füllt, sondern dass er vielmehr mit Ausspa rungen versehen ist, wodurch gleichfalls Luftkompressionen vermieden werden und insbesondere nach rückwärts der Schall mehr oder weniger frei herauskommen kann.
Das erfindungsgemässe elektrodynamische Gerät kann aber nicht nur als Hörer für Fernsprech-, Rundfunk- und ähnliche Zwecke Verwendung finden, wo es auf eine mög lichst hohe Silbenverständlichkeit und tun lichst naturgetreue Wiedergabe ankommt, sondern es kommt dem Gerät auch eine be sondere Bedeutung für medizinische Zwecke zu.
Infolge der geschilderten Eigenschaften eignet sich das elektrodynamische Gerät als Hörer besonders für Schwerhörige, die bei grosser Schalldruckamplitude eine gute Wort verständlichkeit erhalten, sowie für das Ab horchen von Herz- und Lungentönen etc.. wobei es auf geringfügige Feinheiten in der Wiedergabe ankommt, die von elektromagne tischen Systemen entweder gar nicht oder nur unzureichend wiedergegeben werden.
Das erfindungsgemässe dynamische Gerät kann aber nicht nur als Wiedergabegerät, sondern auch als Aufnahmevorrichtung, also als Mikrophon dienen, da sinngemäss dies bezüglich das Gleiche wie für die Wieder gabe gilt. Es besteht die Möglichkeit, die auf die Membrane gelangenden Schalldruckam- plituden formgetreu in sprach- bezw, musik modulierte Wechselströme umzuformen, wel che in üblicher Weise nutzbar gemacht wer den können. Demgemäss kommt dem Erfin dungsgegenstand als Mikrophon auch für medizinische Zwecke eine besondere Bedeu tung zu.
Schliesslich sei noch erwähnt, dass das elektrodynamische Gerät nach der Erfin dung auch für andere Zwecke, beispielsweise für die Aufnahme und Wiedergabe von auf Lautträger jeder beliebigen Art aufgezeich neten Tonspuren mit Vorteil verwendet wer den kann, wobei ein besonders naturgetreuer Effekt. möglich ist.
Die Erfindung ist beispielsweise auf der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 einen Achsialschnitt des Gerätes: Fig. 2 ist ein Schnitt in Linie 1-1 der Fig. 1, wobei einzelne Teile weggelassen sind.
Das Gerät besitzt einen permanenten Magneten 1 mit dem Luftspalt 2 und dem Kern 3. Dieser Magnet ist dachförmig aus gebildet, wobei der Scheitel des Winkels, den die beiden Schrägflächen miteinander ein schliessen, zu der Membrane abgewendet liegt.
Die Fig. 2 lässt deutlich erkennen, dass der permanente Magnet nur einen Teil des den Magneten umgebenden Gehäuses 4 aus füllt und ausserdem noch mit Ausnehmungen bezw. Einschnürungen 5 versehen ist.. Der permanente Magnet wird von einem Halte rungsring 6 umgeben;
dieser Ring kann aus Spritzguss oder dergleichen bestehen. Der Magnet. 1 wird gegen das Gehäuse 4 durch den Ring 6 durch Rippen oder Stege 7 ab- gestützt. Der Magnet besitzt durch Wahl geeigneten hochmagnetischen Werkstoffes und infolge der Einschnürungen 5 im Luft spalt ein auf die Spule einwirkendes Magnet feld, dessen unterste Kraftliniendichte 1500 Gauss beträgt.
Mit 8 ist die Membrane bezeichnet. die eine nach aussen konvexe Gestalt besitzt und in gewissem Sinne spiegelsymmetrisch zur Unterseite des permanenten Magnetes ange ordnet ist. Die Membrane wird am Ring 6 durch einen besonderen Sprengring 9 gehal ten und trägt in der Mitte den Schwingspu- lenzylinder 10, auf dem die Schwingspule 11 sitzt. Die Schwingspule mit ihrem Träger und auch die Membrane sind zusätzlich noch durch eine sogenannte Spinne 12 unter Ver wendung von Träger 13 auf der ebenen Fläche des permanenten Magnetes 1 abge stützt.
Die Schwingspule ist durch Wahl entsprechender Drahtstärke und -Länge so ausgebildet, dass ihr Widerstand 60 Ohm übersteigt. Sie ist ferner mit besonderem Vorteil so ausgebildet, dass ihr mittlerer Durchmesser weniger als ein Fünftel des Membrandurchmessers beträgt.
Nach oben zu wird das gesamte System ganz oder teilweise durch ein Sieb 14 abge deckt. Die Zuführungsleitungen der Schwing spule laufen durch Rohrfiihr^ungen 15 und Öffnungen 16 in der Gehäusewandung nach aussen.
Die Fig. 1 lässt im besonderen deutlich erkennen, dass durch die freie Aufhängung des Magnetsystemes innerhalb des Gehäuses, durch die Anbringung mehrerer Öffnungen 16 und durch die Siebabdeckung 14 eine freie und ungehinderte Schallabstrahlung ermög licht wird.