CH634704A5 - Electrodynamic transducer arrangement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrodynamische Wandleran- befestigt ist und Ausführungen zum Anschluss an eine elektri-ordnung, um mechanische Schwingungen in elektrische 60 sehe Schaltung aufweist

Signale umzuwandeln und umgekehrt. Da der Magnet einen magnetischen Fluss erzeugt, dessen

Die elektrodynamische Wandleranordnung kann als ein Kraftlinien sich von den ungleichnamigen Magnetpolen im Tonabnehmer, Mikrophon, Signalgeber bei Diagnostik und Magnetspalt schliessen, besitzt er eine komplizierte Konfigura-

Analyse des Betriebes verschiedener Maschinen, in medizini- tion oder besteht aus einigen Einzelteilen. Er hat beträchtliche sehen Apparaten und sonstigen Einrichtungen verwendet wer- 65 Masse und erfordert einen grösseren fertigungstechnischen den, wenn eine minimale Signalverzerrung erforderlich ist. Aufwand. Trotz der beträchtlichen Masse des magnetischen

Bekannt sind elektrodynamische Wandler (Polytechnisches Systems ist das Mikrophon durch magnetische Störungen beWörterbuch, Moskau, 1977, S. 557), die z.B. in elektrodynami- einflussbar. Die kleine Spulenwindungszahl bietet keine Mög-

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lichkeit, einen ausreichend hohen inneren Widerstand zu erreichen. Das Vorhandensein beweglicher Spule und dünner und schwingungsanfälliger Ausführungsdrähte setzt die Sicherheit der elektrischen Schaltung herab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrodynamische Wandleranordnung zu schaffen, die verbesserte Eigenschaften aufweist.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss so gelöst, wie im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 definiert ist.

Die vorgeschlagene Erfindung ermöglicht, den Wirkungsgrad der elektrodynamischen Wandleranordnung zu erhöhen, ihre Masse und Abmessungen zu verringern, die Herstellungstechnologie zu vereinfachen, die Sicherheit und Störfestigkeit derselben gegen äussere magnetische Beeinflussungen zu steigern. Der Einsatz der vorliegenden elektrodynamischen Wandleranordnung in Tonabnehmern und Mikrophonen bietet die Möglichkeit, ihren Wirkungsgrad zu erhöhen, ihre Störfestigkeit gegen äussere magnetische Beeinflussungen zu steigern, die Masse und Abmessungen des Tonabnehmers und des Mikrophons zu verringern, die Empfindlichkeit des Tonabnehmers zu erhöhen und die Herstellungstechnologie des Mikrophons zu vereinfachen.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schema des vorliegenden elektrodynamischen Wandlers,

Fig. 2 im Längsschnitt einen elektrodynamischen Wandler mit einem hohlen Magnetleiter,

Fig. 3 schematisch den vorliegenden elektrodynamischen Wandler in Kleinbauweise,

Fig. 4 eine Frontansicht des Wandlers mit einer Spule und einem Nadelhalter eines Tonabnehmers,

Fig. 5 die Anordnung von Magneten am stereophonischen Tonabnehmer,

Fig. 6 die Spule eines stereophonischen Tonabnehmers, in dem die Magnete unmittelbar am Nadelhalter befestigt sind, Fig. 7 Anschlussmöglichkeiten der elektrodynamischen Wandler am Nadelhalter mittels flexibler Zugstangen,

Fig. 8 einen stereophonischen Tonabnehmer, bei dem in jedem Wiedergabekanal zwei elektrodynamische Wandler vorhanden sind,

Fig. 9 eine Seitenansicht des in Fig. 8 dargestellten stereophonischen Tonabnehmers,

Fig. 10 eine Ansicht der Zugstangen zur Befestigung von Magneten und Nadelhalter,

Fig. 11 einen monophonischen Tonabnehmer und Fig. 12 ein Mikrophon mit dem vorliegenden elektrodynamischen Wandler.

Der elektrodynamische Wandler 1 von mechanischen Schwingungen in elektrische Signale und umgekehrt enthält eine Wicklung, die aus zwei in Gegenrichtungen aufgewickelten Spulen 2,3 (Fig. 1) besteht. Im Inneren der Wicklung ist ein Magnet 4 angeordnet, dessen Pol N sich im Bereich der ersten Spule 2 und dessen Pol S sich im Bereich der zweiten Spule 3 befindet. Der Magnet 4 ist mit Hilfe einer Zugstange 6 mit einem Stellmechanismus 5 verbunden. Der Stellmechanismus 5 kann eine Quelle oder ein Empfänger von mechanischen Schwingungen sein. In Fig. 1 sind Kraftlinien 7 des durch den Magnet 4 erzeugten Magnetfeldes dargestellt.

Zur Herabsetzung des störenden Einflusses von äusseren magnetischen Feldern ist der Wandler 1 mit einem hohlen Magnetleiter 8 (Fig. 2) versehen, der den Träger 9 der Spulen 2 und 3 umgibt. Zur Zentrierung des Magnets 4 im Träger 9 wird eine Scheibe 10 aus mikroporösem Werkstoff verwendet.

Zur Verminderung der Aussenabmessungen des Wandlers 1 und zur weiteren Verbesserung der statischen Eigenschaften desselben sind die Spulen 2 und 3 als n Paaren von Spulenteilen (Fig. 3) ausgeführt. Jeder Spulenteil 2 oder 3 ist gegenüber den ihm benachbarten Spulenteilen 3 oder 2 gegensinnig aufgewik-kelt. In diesem Fall besteht der Magnet 4 aus mehreren Teilen 11. Die gleichnamigen Pole N oder S zweier benachbarten Teilen 11 des Magnets 4 sind einander zugewandt und diese befin-5 den sich innerhalb eines der Spulenteile 2 oder 3. Der Pol N eines der Magnetteile 11 befindet sich somit innerhalb eines der Spulenteile 2, während sich der Pol S desselben Magnetteiles 11 innerhalb des benachbarten Spulenteiles 3 befindet.

Ein derartiger elektrodynamischer Wandler 1 kann in io einem stereophonischen Tonabnehmer verwendet werden.

Bei einer der Bauarten weist der stereophonische Tonabnehmer zwei Wiedergabekanäle auf, in jedem von denen ein elektrodynamischer Wandler 1 eingeschaltet ist. Die Magnete

4 (Fig. 4) der beiden Wiedergabekanäle sind unter einem Win-i5 kel a zueinander am Nadelhalter 12 angeordnet, der dem Aufnahmenormwinkel gleicht. Unter demselben Winkel a sind die Magnetleiter 8 angeordnet, in denen sich die Spulen 2,3 befinden.

Im Nadelhalter 12 des Tonabnehmers ist eine Nadel 13 20 (Fig. 5) angeordnet, und der Nadelhalter 12 ist mit Hilfe einer Dämpfungszwischenlage 14 festgehalten. Die Magnete 4 sind im Nadelhalter 12 derart befestigt, dass sie durch den Nadelhalter 12 hindurchgehen und dass die ungleichnamigen Pole N und

5 über die Oberfläche des Nadelhalters herausragen.

25 Zur Montage des stereophonischen Tonabnehmers weist jede Spule 2,3 (Fig. 6) einen eigenen Spulenträger 15 bzw. 16 auf, die im Magnetleiter 8 bei der Montage des Kopfes auseinandergeschoben werden. Nachdem der Nadelhalter 12 aufgestellt wurde, kehren die Spulenträger 15 und 16 mit den Spulen 30 2 und 3 in die Ausgangsstellung zurück. Diese Stellung wird mit Hilfe eines Begrenzers 17 festgestellt, der den Nadelhalter 12 vor Berührung durch die Spulenträger 15 und 16 schützt.

Bei einer weiteren Ausführungsform des stereophonischen Tonabnehmers sind die Magnete 4 (Fig. 7) der elektrodynami-35 sehen Wandler in einem gewissen Abstand vom Nadelhalter 12 angeordnet und mittels flexibler Zugstangen 18 mit diesem verbunden. Die Zugstangen 18 müssen in Ebenen liegen, die sich unter einem Winkel a schneiden (Fig. 7a). Die Zugstangen 18 sind am Nadelhalter 12 in Punkten F befestigt, die sich zwi-4o sehen der Nadel 13 (Fig. 7b) und dem Befestigungspunkt D des Nadelhalters 12 befinden. Eine weitere Variante sieht die Befestigung des Nadelhalters 12 in einem Punkt D (Fig. 7c) vor, der sich zwischen der Nadel 13 und den Befestigungspunkten F der Zugstangen 18 befindet. Möglich ist die Anordnung der Befesti-45 gungspunkte F der Zugstangen 18 (Fig. 7d) zu beiden Seiten vom Befestigungspunkt D des Nadelhalters 12. Ausserdem können sich die Befestigungspunkte F der Zugstangen 18 (Fig. 7e) oberhalb des Befestigungspunktes D des Nadelhalters 12 befinden.

so Im stereophonischen Tonabnehmer einer anderen Konstruktion weist jeder Wiedergabekanal einen zusätzlichen elektrodynamischen Wandler 19 (Fig. 8) auf. In jedem Wiedergabekanal sind die Wandler 1 und 19 in einer Ebene angeordnet, die durch die Längsachse CC (Fig. 9) des Nadelhalters 12 hindurch 55 geht.

Der Nadelhalter 12 ist am (nicht dargestellten) Gehäuse mit Hilfe eines flachen, auf seiner Länge verwundenen Bandes 20 aus elastischem Werkstoff befestigt. Die Zugstangen 18 sind ebenfalls in Form eines flachen, auf seiner Länge verwundenen 60 Bandes ausgeführt. Die Zugstangen 18 sind mit Hilfe einés Andruckringes 21 am Nadelhalter 12 befestigt.

Das flache Band 20, mit dessen Hilfe der Nadelhalter 12 am Gehäuse befestigt ist, ist mittels einer Buchse 22 (Fig. 10) im Nadelhalter 12 befestigt.

65 Im monophonischen Tonabnehmer, in dem der vorgeschlagene elektrodynamische Wandler 1 (Fig. 11) verwendet wird, ist der Magnet 4 unmittelbar am Nadelhalter 12 mit der Nadel 13 befestigt. Der Pol N des Magnets 4 befindet sich im Bereich

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der Spule 2 und der Pol S im Bereich der Spule 3. Die Spulenträger 15 und 16 der Spulen 2 und 3 sind im Magnetleiter 8 angeordnet, der Löcher 23 zum Anbringen des Nadelhalters 12 mit dem Magnet 4 aufweist.

Gemäss einem anderen Anwendungsbeispiel kann der elektrodynamische Wandler 1 (Fig. 12) in Mikrophonen verwendet werden. Der Wandler 1 ist in einem Mikrophongehäuse 24 befestigt. Mit dem einen Magnetpol des Wandlers 1 ist eine Membrane 25 mit Hilfe einer Zugstange 26 verbunden. Mit dem anderen Magnetpol des Wandlers 1 ist ein Zentrierelement 27 mit Hilfe einer Zugstange 28 verbunden. Das Zentrierelement 27 kann als Membran dienen.

Der elektrodynamische Wandler arbeitet wie folgt. Aufgrund der Energie mechanischer Schwingungen, die dem Wandler 1 (Fig. 1) über die Zugstange 6 vom Stellmechanismus 5, der nun eine Quelle mechanischer Schwingungen darstellt, übertragen wird, wird der Magnet 4 entlang der Längsachse der Spule bewegt. Dabei wird elektromotorische Kraft in den Spulen 2,3 induziert. Die Kraftlinien 7 unweit des Pols N verlaufen von innen nach aussen, wobei sie die Windungen der Spule 2 durchsetzen. Die Kraftlinien unweit des Pols S verlaufen von aussen nach innen, wobei sie die Windungen der Spule 3 durchsetzen.

Da die Spulen 2,3 gegensinnig aufgewickelt sind, setzen sich die in diesen induzierten elektromotorischen Kräfte zusammen, und die Grösse des magnetischen Flusses ändert sich nicht. Äussere Magnetfelder, die die Windungen der Spulenteile 2,3 schneiden, induzieren in diesen störende elektromotorische Kräfte. Diese EML heben sich aber auf, wodurch Astatismus des Wandlers erreicht wird.

Das Vorhandensein einer grossen Windungszahl bei den Spulen bietet die Möglichkeit, eine beträchtliche EMK zu erzeugen, die mit der EMK gewöhnlicher magnetoelektrischer Wandler vergleichbar ist. Dies sowie der beträchtliche Innenwiderstand des Wandlers ermöglichen, den sonst üblichen Transformator auszulassen, was den Wirkungsgrad des Wandlers erhöht.

Da die Spule unbeweglich ist und somit keine bewegliche Ausführungsdrähte braucht, wird die Betriebssicherheit des Wandlers erhöht.

Der hohe Ausnutzungsfaktor der magnetischen Kraftlinien 7 ermöglicht, das magnetische System leichter und kleiner zu machen.

Durch die Verringerung der Anzahl von Teilen und deren einfachere Form wird die Herstellungstechnologie des Wandlers 1 vereinfacht.

Die Verwendung des hohlen äusseren Magnetleiters 8 (Fig. 2) kehrt die Richtung der Kraftlinien 7 um, so dass eine grössere Anzahl der Kraftlinien durch die Windungen der Spulen 2,3 hindurchgeht und dadurch wird der Wirkungsgrad des Wandlers erhöht. Ausserdem schwächt der Magnetleiter 8 auch den Einfluss von äusseren magnetischen Feldern ab.

Zur Verminderung der Aussenabmessungen des Wandlers,

insbesondere seiner Querabmessungen, wird die Spule mehrteilig ausgeführt und der Magnet 4 (Fig. 3) in einzelne Teile zerlegt. Dabei nimmt die Kopplung zwischen allen Spulenteilen zu, was das astatische Verhalten des Wandlers verbessert, s Ausserdem kann ein solcher Wandler für die Umwandlung von elektrischen Signalen in mechanische Schwingungen beträchtlicher Leisung mit hohem Wirkungsgrad bei der Umwandlung eingesetzt werden.

Die Anwendung des elektrodynamischen Wandlers 1 io gemäss der vorliegenden Erfindung in Tonabnehmern ist in mehreren konstruktiven Varianten möglich. Einige von diesen zeigen Fig. 4,5,6. Der Kopf hat zwei Wiedergabekanäle, von denen jeder einen elektrodynamischen Wandler 1 aufweist. Da die Magnete 4 (Fig. 5) der Wandler getrennt voneinander 15 angeordnet sind, ist auf diese Weise eine magnetische Kopplung zwischen den Kanälen ausgeschlossen. Verbessert wurden auch die dynamischen Eigenschaften des Nadelhalters 12, weil die Magnete 4 zu beiden Seiten von der Dämpfungszwischenlage 14 angeordnet sind. Die Abnehmer von diesem Typ sind 20 höchst raumsparend und leicht. Die Spulen in diesen können jedoch nur klein sein, so dass für ihre Wickelungen dünner Draht erforderlich ist.

Eine weitere konstruktive Variante des Abnehmers mit grösseren Spulen zum Aufwickeln, sodass ein Draht grösseren 25 Durchmessers aufgewickelt werden kann, unterscheidet sich von der beschriebenen Ausführung dadurch, dass die Magnete 4 (Fig. 7a) mit Hilfe der Zugstangen 18 befestigt sind. Die aus einem flachen, der Länge nach verwundenen Band ausgeführten Zugstangen 18 dämpfen Seitenschwingungen des Nadelhal-30 ters 12 und übertragen den Magneten 4 nur Längsschwingungen.

Die in Fig. 7b, c dargestellte Befestigung der Zugstangen 18 ist durch einfache Konstruktion gekennzeichnet, während die Befestigung nach Fig. 7d die dynamischen Eigenschaften ver-35 bessert. Die Befestigung der Zugstangen 18 (Fig. 7e) an den Vorsprüngen des Nadelhalters 12 verbessert die Kinematik und überträgt die Bewegung zu den Magneten 4, wobei die Seitenbiegungen vermieden werden.

Durch die Verwendung von zwei elektrodynamischen 40 Wandlern 1,19 (Fig. 8) in jedem Widergabekanal wird die Störfestigkeit des Kopfes gegen Längsschwingungen des Tonarmes erhöht.

Im elektrodynamischen Mikrophon überträgt die Membran 25 (Fig. 11) Schwingungen zum Wandler 1. Das Zentrier-45 element 27 kann die Rolle einer zusätzlichen Membran je nach seiner Fläche und Steifigkeit erfüllen.

Ein Modell des stereophonischen Tonabnehmers, der mit zwei Wandlern 1,19 (Fig. 8) in jedem Wiedergabekanal ausgeführt wurde, hat folgende Daten: Masse des kopfes 3,2 g, Aus-50 senabmessungen 25 x 10 x 10 mm, Frequenz 20 bis 20 000 Hz und höher, Empfindlichkeit 0,71 und 0,76 kV/cm/s. Keine magnetische Abschirmung.

G

3 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

634704 2 PATENTANSPRÜCHE sehen Mikrophonen und Tauchspulen-Lautsprechern Verwen-

1. Elektrodynamische Wandleranordnung, um mechanische dung finden. Die bekannten Wandler enthalten eine Spule, Schwingungen in elektrische Signale umzuwandeln und umge- einen Magnet mit einem Magnetleiter, der in bezug auf die kehrt, dadurch gekennzeichnet, dass der eigentliche Wandler Spule einen Aussen- und einen Innenteil aufweist. Zwischen die-(1) eine Wicklung mit wenigstens einem Paar in Gegenrichtun- 5 sen besteht ein Spalt, in dem sich die Spule bewegt, wobei sie gen aufgewickelter Spulen (2,3) enthält, innerhalb derer ein mit die magnetischen Kraftlinien rechtwinklig kreuzt. Die bekann-einem Stellmechanismus (5) mechanisch verbundener Magnet ten elektrodynamischen Wandler haben einen geringen Wir-(4) längsverschiebbar untergebracht ist, wobei die ungleich- kungsgrad, recht komplizierten Aufbau des magnetischen namigen Pole (N, S) des Magnets (4) sich in den jeweiligen Spu- Systems, beträchtliche Masse und Abmessungen. Ausserdem len (2,3) befinden, und dass der eigentliche Wandler (1) mit wei- to haben diese Wandler niedrigen inneren Widerstand, so dass in teren Teilen der Anordnung verbunden ist. einigen Fällen die Verwendung eines Anpassungstransforma-

2. Elektrodynamische Wandleranordnung nach Anspruch 1, tors erforderlich ist.

dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (2,3) von einem höh- Die Entwicklungsrichtung der modernen Einrichtungen len Magnetleiter (8) umgeben sind. erfordert die Entwicklung von elektrodynamischen Wandlern,

3. Elektrodynamische Wandleranordnung nach Anspruch 2,15 die einfach sind, die hohen Wirkungsgrad und höheren inneren dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (2,3) n Paare Spulen- Widerstand haben. Solche Wandler brauchen keine Anpas-teile aufweisen, dass der Magnet (4) aus einzelnen Teilen (11) sungstransformatoren, und die durch diesen verursachten besteht, und dass die gleichnamigen Pole (N bzw. S) zweier Signalverzerrungen fallen bei solchen Wandlern weg. benachbarten Magnetteile (11) einander zugewandt sind und Zur Lösung der gestellten Aufgabe wurde zunächst das sich im Bereich des jeweiligen Teiles der Spulen (2 bzw. 3) 20 Faraday-Gerät ausgenutzt. Wegen geringen Wirkungsgrades, befinden. unvollkommener Ausnutzung des Magnetfelds des Magnets

4. Tonabnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- und wegen hohen Pegels magnetischer Störungen konnte net, dass der eigentliche Wandler (1) mit einem Nadelhalter jedoch das Faraday-Gerät bestehend aus Spule, Magnet und (12) des Tonabnehmers mechanisch verbunden ist. Galvanometer in der ursprünglichen Form nicht als praktisch

5. Tonabnehmer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich- 25 verwendbarer Wandler dienen.

net, dass ein erster Magnet (4) unmittelbar am Nadelhalter (12) Auf Grundlage der bekannten elektrodynamischen Wand-und in einer Ebene liegend angeordnet ist, die mit der Ebene 1er mit beweglicher Spule wurden Tonabnehmer z.B. der Toneines für einen zweiten Wiedergabekanal vorgesehenen zwei- abnehmer «SLI5Q» der Firma «Orthophon» geschaffen (Funkten Magneten (4) einen Winkel (a) einschliesst. techn. 1974,29, Nr. 6, S. 201-204).

6. Tonabnehmer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich- 30 Der Abnehmer «SLI5Q» hat einen Magnet mit einem net, dass die Magnete (4) zu beiden Seiten eines Befestigungs- Magnetleiter, die einen Magnetspalt bilden, in dem sich beweg-

punktes (D) des Nadelhalters (12) angeordnet sind. liehe Spulen verschieben, die mit dem Nadelhalter und somit

7. Tonabnehmer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich- auch mit der Nadel mechanisch verbunden sind. Die Spulen net, dass die Magnete (4) in einem Abstand vom Nadelhalter sind aus dünnem Draht und sie sind den Vibrationen des Nadel-(12) angeordnet und mittels flexibler Zugstangen (18) mit die- 35 halters ausgesetzt. Die erzeugte EMK von etwa 0,016 mV/cm/s sem verbunden sind. wird mittels Spezialkabels einem Transformator zugeführt und

8. Tonabnehmer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich- auf 1,5 mV/cm/s erhöht.

net, dass diesem ein zusätzlicher Wandler (19) zugeordnet ist, Die Verwendung eines Kopplungstransformators führt zur dessen Magnete samt ihren Zugstangen in Ebenen angeordnet Komplizierung der Konstruktion der Wandleranordnung,

sind, die einen gleichen Winkel (a) schliessen, und dass sämt- 40 bewirkt eine Verzerrung des elektrischen Signals sowie eine liehe Wandler (1,19) zu beiden Seiten des Nadelhalters (12) Verschlechterung des Wirkungsgrades. Der Magnetleiter, in angeordnet sind. dem sich die Kraftlinien von den ungleichnamigen Magnetpo-

9. Tonabnehmer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich- len schliessen, hat eine beträchtliche Masse und beträchtliche net, dass die Zugstangen (18) der Wandler als ein verwundenes Abmessungen. Die kleine Spulenwindungszahl bietet keine flaches Band aus elastischem Werkstoff ausgeführt sind. 45 Möglichkeit, einen ausreichend hohen inneren Widerstand des

10. Tonabnehmer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich- Wandlers zum Anschluss an den Verstärkereingang und eine net, dass die Zugstangen ( 18) mit Hilfe eines Andruckringes (21 ) hohe Empfindlichkeit des Tonabnehmers zu erzielen. Die am Nadelhalter (12) befestigt sind. bewegliche Spule besteht aus dünnem Draht, der gegen media li. Mikrophon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, nische Schwingungen empfindlich ist. Ausserdem ist der Kopf das die Membran (25) des Mikrophons mit dem einen und ein 50 auf äussere magnetische Störungen empfindlich. Zentrierelement (27) des Mikrophons mit dem anderen Auf Grundlage der bekannten elektrodynamischen Wand-

Magnetpol verbunden ist. 1er mit beweglicher Spule wurden Mikrophone verschiedener

Typen und mit verschiedenen Verwendungszwecken geschaffen (s. Efrussi M.M. «Mikrofony i ikh primenenie» («Die Mikro-55 phone und ihre Verwendung»), Moskau, Energiya, 1974). Die elektrodynamischen Mikrophone enthalten einen Magnet mit einem Magnetleiter zur Bildung eines Magnetspaltes, in dem eine bewegliche Spule untergebracht ist, die an einer Membran