DE2920802A1

DE2920802A1 - Elektroakustischer wandler

Info

Publication number: DE2920802A1
Application number: DE19792920802
Authority: DE
Inventors: Hideo Suyama
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1978-05-22
Filing date: 1979-05-22
Publication date: 1979-11-29
Also published as: FR2427024B1; JPS54151823A; CA1128194A; GB2021899A; NL7903908A; GB2021899B; FR2427024A1; US4273968A

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf einen elektroakustischen Wandler und insbesondere auf einen Lautsprecher mit verbesserter Struktur.

In den letzten Jahren wurden verschiedene Arten von Wandlern mit Ansteuereinrichtungen zur Tonwiederga-be mit hoher Qualität entwickelt.

Als ein Beispiel dieser Wandler wurde ein Rippen-Wandler entwickelt, von dem Fig. 1 der Zeichnungen eine perspektivische Darstellung ist. Bei diesem Beispiel sind Magnete 1 und 2 mit entgegengesetzter Polarität vorgesehen, die mit einer hinteren Platte 3 und Magnetpolplatten 4, 5 einen Magnetkreis bilden. Eine rippenförmige Schwingmembran 6 z.B. aus einer Aluminiumfolie ist zwischen den Magnetpolplatten 4 und 5 angeordnet. In Fig. bezeichnen 7 und 8 Befestigungselemente und 9 und 10 Anschlußleitungen, die mit der Membran 6 verbunden sind.

Wenn bei dem Beispiel der Fig. 1 ein elektrisches Tonsignal auf die Membran 6 über die Leitungen 9 und 10 gegeben wird, fließt der Signalstrom senkrecht zu dem Magnetfeld, das durch die Magnetpolplatten 4 und 5 gebildet wird. Es wird daher eine Antriebskraft proportional dem Strom auf die Membran 6 in senkrechter Richtung gegeben, und das elektrische Signal wird in ein Tonsignal umgewandelt. Wenn ein akustisches Signal auf die Membran 6 gegeben wird, wird diese in dem Magnetfeld in Schwingung versetzt, und damit fließt ein Strom proportional der Bewegung durch die Membran 6, d.h., das akustische Signal wird in das elektrische Signal umgewandelt.

Wenn bei dem Wandler der Fig. 1 die Membran 6 aus einer Metallfolie wie aus Aluminium hergestellt wird, kann, da die Impedanz der Metallfolie sehr niedrig ist, und etwa

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0/1 Ohm beträgt, eine Ausgangsimpedanz von 8 Ohm eines üblichen Verstärkers nicht auf sie angewandt werden. Es ist daher z.B. ein Anpassungstransformator 11 notwendig.

Es wurde außerdem ein elektroakustischer Wandler vorgeschlagen, wie ihn Fig. 2 im Querschnitt und Fig. 3 perspektivisch zeigt. Bei diesem Beispiel ist auf einer Kunststoffolie 12 ein spiralförmiger Leiter 13 zur Bildung einer Membran 14 vorgesehen. In der Mitte ist ein Magnet 15 angeordnet, der einen mittleren Pol 16 mit dreieckigem Querschnitt an seinem einen Pol (Nordpol) und ein U-förmiges Joch an seinem anderen Pol (Südpol) hat. Obere Platten 18 und 19 sind an den oberen Rändern des Jochs 17 an beiden Seiten des mittleren Pols 16 vorgesehen, und eine Membran 14 ist zwischen den oberen Platten 18 und 19 gespannt, wobei der mittlere Teil der Membran 14 an dem mittleren Pol 16 befestigt ist.

Bei dem Beispiel der Fig. 2 und 3 werden Magnetfelder entgegengesetzter Polarität zwischen der oberen Platte 18 und dem mittleren Pol 16 bzw. der oberen Platte 19 und dem mittleren Pol 16 gebildet. Da der Leiter 13 der Membran 14 spiralförmig ist, fließt, wenn ein Tonsignalstrom zwischen den beiden Enden des Leiters 13 über die Leitungen 9 und 10 zugeführt wird, der Signalstrom durch den spiralförmigen Leiter 13 in entgegengesetzter Richtung zu beiden Seiten der Mitte der Membran 14. Die Folie 12 wird daher in der gleichen Richtung auf der linken und rechten Seite deren Mitte in Schwingung versetzt, und damit wird das elektrische Signal in ein Tonsignal umgewandelt. Wenn ein Tonsignal auf die Membran 14 gegeben wird, wird es in ein elektrisches Signal umgewandelt. Da der Leiter 13 ausreichend lang gewählt werden kann, ist eine ausreichend hohe Impedanz vorhanden.

Da jedoch bei dem Wandler der Fig. 2 und 3 die Membran 14 an dem mittleren Pol 16 und den oberen Platten 18

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und 19 befestigt ist, ist die effektive Schwingfläche der Membran 14 klein, und damit kann die Frequenzkennlinie im NF-Band nicht erweitert werden. Außerdem werden die Magnetfelder zwischen dem mittleren Pol 16 und den oberen Platten 18, 19 gebildet, jedoch verläuft, wie Fig. 2 zeigt, nahezu der gesamte Magnetfluß von dem mittleren Pol 16 zu den Platten 18 und 19 nicht über die Membran 14 (ψ A in Fig. 2) und ist damit unwirksam. Der durch die Membran 14 verlaufende Magnetfluß (ψ Β in Fig. 2) verleiht dem Leiter 13 eine Antriebskraft, jedoch ist dieser Antriebsmagnetfluß ein Streufluß. Der Wandler der Fig. 2 und 3 erzeugt somit durch den Streufluß eine Antriebskraft, so daß sein Wirkungsgrad niedrig ist. Wenn ein Magnet mit einer großen magnetomotorischen Kraft verwendet wird, kann somit kein Wandler mit dem notwendigen Ausgangssignal· erzeugt werden. Es ist daher ein großer und teuerer Magnet wie ein unter der Handelsbezeichnung "Ainic-Magnet" erhä^licher Magnet notwendig, so daß die Kosten des Wandlers hoch v/erden.

Es wurde auch bereits ein Wandler (nicht gezeigt) vorgeschlagen, bei dem eine erste Magnetplatte mit mehreren Magnetpolstücken und einer zweiten Magnetplatte mit mehreren Magnetpolstücken vorgeschlagen, die parallel zueinander angeordnet sind, und eine Schwingmembran mit einem Leitermuster ist zwischen der ersten und zweiten Magnetplatte angeordnet. Bei diesem Wandler verläuft der Magnetfluß durch den Leiter parallel oder schräg dazu und erzeugt eine Antriebskraft. Da die effektive Schwing!lache der Membran erhöht v/erden kann, kann der Wandler eine Frequenz wiedergeben, die niedriger als die des Rippenwandlers ist. Es besteht jedoch der Nachteil, daß der Magnetkreis kompliziert ist, so daß es ziemlich schwierig ist, die Teile zu montieren, und außerdem ist ein Magnet mit einer großen magnetomotorischen Kraft notwendig.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik einen elektroakustischen Wandler zu schaffen» bei dem der Magnetfluß durch eine Membran mit einem Wandler schräg verläuft, um den ümwandlungswirkungsgrad zu verbessern, bei dem magnetische Luftspalte zwischen zwei Platten und einem mittleren Pol zwischen den Platten gebildet wird, und eine Membran mit einem Leiter schräg zum Magnetfluß in den Luftspalten angeordnet ist, um einen wirksamen Durchgang des Magnetflußes durch den Leiter zu erreichen.

Weiterhin soll ein elektroakustischer Wandler geschaffen werden, der einen Absatz in jeder der beiden Platten aufweist, an denen die Membran angeordnet ist, um den Streufluß zu verringern und damit einen wirksamen Durchgang des Magnetflußes durch den Leiter der Membran zu erreichen.

Auch soll ein elektroakustischer Wandler geschaffen werden, bei dem magnetische Luftspalte durch zwei magnetische Platten und einen mittleren Pol in der Mitte der Platten gebildet wird, durch die der Magnetfluß schräg verläuft, bei dem eine plattenförmige Schwingmembran mit einem Leiter zwischen dem mittleren Pol und dem mittleren Teil der Platten angeordnet ist, und bei dem eine im wesentlichen gleichförmige Magnetflußdichte an der Oberfläche der Membran auftritt, um eine über die gesamte Oberfläche der Membran gleichmäßige Antriebskraft zu erzeugen.

Auch soll ein elektroakustischer Wandler mit einem Dämpfungsmaterial an der Schwingmembran geschaffen werden, um unerwünschte Schwingungen an der Membran zu vermeiden.

Schließlich soll ein elektroakustischer Wandler geschaffen werden, bei dem ein spiralförmiger Leiter auf einer dünnen Folie aus nichtleitendem Material mit möglichst hoher Windungszahl geschaffen werden, um die Fläche nichtleitenden

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Materials so weit wie möglich zu verringern und damit nachteilige Einflüsse zu beseitigen, die durch den nicht erwünschten Betrieb des nichtleitenden Materials hervorgerufen werden.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen .

Ausführungsbeispiele des Standes der Technik und der Erfindung sind vor- und nachstehend anhand der Figuren 1 bis 11 erläutert. Es zeigt:

Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines bekannten elektroakustischen Rippen-Wandlers

Figur 2 einen Querschnitt eines bekannten elektroakustischen Rippen-Wandlers,

Figur 3 eine perspektivische Darstellung des elektromagnetischen Wandlers in Fig. 2,

Figur 4 einen Querschnitt eines Beispiels des elektroakustischen Wandlers der Erfindung,

Figur 5 eine perspektivische Darstellung des Beispiels der Fig. 4,

Figur 6 dessen Frequenzkennlinie,

Figur 7 und 8 Querschnitte weiterer Beispiele der Erfindung,

Figur 9 teilweise im Schnitt eine perspektivische Darstellung eines Teils des Beispiels in Fig. 8,

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Figur 1OA und 10B vergrößert einen Teil des Beispiels der Fig. 8 nahe dem magnetischen Luftspalt, sowie ein Diagramm der Magnetflußdichte, und

Figur 11 einen Querschnitt eines weiteren Beispiels einer Membran.

Anhand der Fig. 4 und 5 wird nun ein Beispiel des elektroakustischen Wandlers beschrieben. Ein Magnetkreis M ist durch zwei rechteckige Permanentmagnete 21 und 21, die parallel zueinander angeordnet sind, ein Joch 25 mit einem mittleren Pol 26 und zwei Magnetplatten 23 und 24 gebildet, die mit den Magneten 21 und 22 verbunden sind. Zwei magnetische Luftspalte sind zwischen dem mittleren Pol 26 und den Platten 23 und 24 gebildet. Die Platten 23 und 24 haben Endteile 23a und 24a, die von den Magneten 21 und 22 zum mittleren Pol 26 verlaufen und Schrägflächen 23b und 24b haben. Die unteren Flächen 23c und 24c der Endteile 23a und 24a sind flach. Der mittlere Pol 26 ist so angeordnet, daß dessen zentrale Achse längs der Mitte zwischen den Endteilen 23a und 24a der Platten 23 und liegt und seine obere Fläche 26c liegt unter der unteren Fläche 23c und 24c der Platten 23 und 24, wie Fig. 4 zeigt. Die Magnetflüsse, die von den Platten 23 und 24 ausgehen, verlaufen somit, zum mittleren Pol 26 nach schrägem Durchgang durch die Luftspalte.

Wie Fig. 5 zeigt, besteht eine rechteckige Schwingmembran 29 aus einer rechteckigen Folie 27 z.B. aus einem polymeren Kunststoff und einem Leiter 28, der in Drucktechnik auf die Folie 27 rechteckig und spiralförmig aufgebracht ist. Der Leiter 28 hat Anschlußdrähte 28a und 28b, die mit den Ein- und AusgangsanSchlussen verbunden sind. Ein Abstandshalter 30 und ein Befestigungselement 31 sind mit der Ober- und Unterseite der Folie 27 längs der linken und rechten Seite verbunden, und die Membran 29 ist an den unteren Flächen 23c und 24c der Endteile 23a und 24a der Platten 23 und 24 durch Abstandshalter 30

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mittels Klebstoff befestigt. Die Membran 29 ist so angeordnet, daß der Leiter 28 in den Luftspalten liegt/ die durch die Endteile 23a und 24a der Platten 23, 24 und dem mittleren Pol 26 gebildet sind, und die Magnetflüsse φ , die von den Platten 23, 24 ausgehen, verlaufen schräg durch den Leiter 28 zum mittleren Pol 26. Der innere Teil des Leitermusters des Leiters 28 auf der Folie 27 liegt über der Verlängerung der oberen Fläche 26a des mittleren Pols 26, und die Innenseite des inneren Teils des Leitermusters bzw. der Teil der Folie 27 über der oberen Fläche 26a des mittleren Pols 26 liegt nahe dem Folienteil 27a, der kein Leitermuster aufweist. Zwischen der unteren Fläche der Membran 29 und der oberen Fläche 26a des mittleren Pols 26 ist ein Luftspalt gebildet.

Bei dem Beispiel der Fig. 4 und 5 werden somit Magnetfelder zwischen dem mittleren Pol 26 und den Magnetplatten 23, 24 erzeugt. Wenn ein Signalstrom auf den Leiter 28 auf der Folie 27 gegeben wird, ist die Richtung des Signalstroms, der durch den linken Teil des Leiters 28 fließt, entgegengesetzt zu dem der durch den rechten Teil fließt. Die Folie 27 der Membran 29 wird damit in Schwingung versetzt, so daß das elektrische Signal in ein akustisches umgewandelt wird. Ebenso wird ein akustisches Signal, das auf die Membran 29 gegeben wird, in ein elektrisches Signal umgewandelt, das über die Leitungen 28a und 28b abgegeben wird.

Daher wird bei dem Wandler der Fig. 4 und 5 ein elektrisches Signal in ein akustisches Signal umgewandelt oder umgekehrt. Da die Membran 29 zwischen den Magnetplatten 23, 24 und dem mittleren Pol 26 angeordnet ist, schneiden die Magnetflüsse, die zwischen dem mittleren Pol 26 und den Magnetplatten 23, 24 angeordnet sind, den Leiter 28 der Membran 29, und der Wirkungsgrad der Magnete21, 22 ist daher groß. Da der mittlere Pol 26 von der Membran

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einen geeigneten Abstand hat, ist die Fläche der Membran 29, die praktisch in Schwingung versetzt wird, groß, so daß die Membran 29 auch mit niedriger Frequenz schwingen kann. Da ein äußerer Magnet für die Magneten 21 und 22 verwendet werden kann, kann ein billiger Magnet wie ein Ferritmagnet verwendet werden, so daß der Wandler billig sein kann.

Als Beispiel der Herstellung der Membran 29 wird auf der einen Fläche der Folie eine Aluminiumschicht als Film oder durch Verdampfung aufgebracht, die dann zur Entfernung der unerwünschten Teile fotogeätzt wird.

Das Diagramm der Fig. 6 zeigt die Frequenzkennlinie des Wandlers der Fig. 1 bis 5, wie sie experimentell ermittelt wurden. Bei dem Diagramm der Fig. 6 stellt die Kurve A die Frequenzkennlinie des Wandlers in Fig. 1, die Kurve B die des Wandlers der Fig. 2 und 3 und die Kurve C die des Wandlers der Fig. 4 und 5 dar. Wie sich aus Fig. 6 ergibt, ist die NF-Kennlinie der Erfindung niedriger als 2 kHz.

Fig. 7 und 8 sind Querschnitte weiterer Beispiele des Wandlers der Erfindung.

Bei dem Beispiel der Fig. 7 ist ein Absatz 32 an den unteren Flächen 23c und 24c der Endteile 23a und 24a der Magnetplatten 23 und 24 gebildet. Die Absätze 32 sind von den oberen Flächen der Magnete 21, 22 nahe dem mittleren Pol 26 und den unteren Flächen 23c, 24c der Endteile 23a, 24a der Magnetplatten 23, 24 nahe dem mittleren Pols 26 gebildet. Die Membran 29 ist zwischen den Absätzen 32 über Abstandshalter 33, 34 gehalten, die in die Abschnitte 32 ähnlich dem Beispiel der Fig. 4 und 5 eingesetzt iöt.

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Bei dem Wandler der Fig. 8 sind zwei Absätze 35 und 36 an der tinter en Fläche jedes Endteils 2 3a und 24a der Magnetplatten 23 und 24 gebildet, und die Membran 29 ist zwischen den Magnetplatten 23 und 24 durch Einsetzen von Abstandshaltern 37 in die unteren Absätze 36 über den Magneten 21 und 22 gehalten, wie Fig. 9 zeigt, die teilweise im Schnitt eine perspektivische Darstellung der Fig. 8 ist.

Bei dem Beispiel in den Fig. 7 und 8 sind die Magnetplatten 23 und 24, von denen jeder einen Absatz aufweist, an den oberen Flächen der Magneten 21 und 22 befestigt, so daß die Befestigung der Membran 29 an dem Magnetkreis sehr einfach ist. Wenn die Abstände, d.h. die Luftspalte zwischen dem mittleren Pol 26 und den Magnetplatten 23, 24 wie bei dem Wandler der Fig. 7 und 5 ist, haben die Wandler der Fig. 7 und 8 geringere Streuflüsse γ L von den Platten 23, 24 zum mittleren Pol 26, so daß sich ein besserer Wirkungsgrad ergibt. Bei den Wandlern der Fig. 4 und 5 sind die Teile der Platten 23, 24, die sich von den Magneten 21, 22 zu dem mittleren Pol 26 erstrecken, ziemlich lang, so daß die Streuflüsse φ L, die von den unteren Enden der Magnetplatten 23, 24 zum mittleren Pol 26 (Fig. 4) ausgehen, zunehmen, während die Streuflüsse γ L bei den Beispielen der Fig. 7 und 8 geringer sind.

Bei den Beispielen der Fig. 7 und 8 schneiden die Luftspalte, die durch die Magnetplatten 23, 24 und den mittleren Pol 26 gebildet sind, die Ebene, in der die Membran 29 angeordnet ist, schräg. Wenn die Membran 29 im wesentlichen in der Mitte des Luftspaltes zwischen der oberen Fläche 26a des mittleren Pols 26 und den .unteren Flächen der Magnetplatten 23 und 24 angeordnet sind, und der Winkel, unter dem der Magnetfluß die Membran 29 schneidet, etwa 30° beträgt, erhält der Leiter

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auf der Folie 27 in horizontaler Richtung eine etwa gleichförmige Magnetflußdichte.

Wenn der Abstand zwischen der oberen Fläche 26a des mittleren Pols 26 und den unteren Flächen der Magnetplatten 23, 24 in drei Ebenen geteilt wird, wie Fig. 1OA zeigt, ändert sich die Flußdichte in der Ebene X-Y und der Ebene S-T auf der linken Seite des Luftspaltes entsprechend der horizontalen Lage erheblich, wie Fig. lOBzeigt. In gleicher Weise ändert sich auf der rechten Seite des Luftspaltes die Flußdichte in den Ebenen Y-'-X¹ und T'-S¹ entsprechend der horizontalen Lage stark. In den mittleren Ebenen A-B und B¹-A¹ auf der linken und rechten Seite der Luftspalte ist die Flußdichte nahezu gleichmäßig unabhängig von der horizontalen Lage. Wenn solch eine gleichmäßige Flußdichte auf den Leiter wirkt, ist die Antriebskraft der Membran über die Membran konstant, was für die Wiedergabefrequenzkennlinie sehr erwünscht ist.

Ein Teil der Membran, auf der kein Leiter gebildet ist, kann in unerwünschter Weise in Schwingung versetzt werden, wenn der Wandler betrieben wird. Bei dem Wandler der Erfindung ist der Teil der Membran, auf der kein Leiter gebildet ist, nur der Teil, der der oberen Fläche des mittleren Pols entspricht, der eine sehr kleine Fläche hat. Es kann daher weitgehend vermieden werden, daß die Membran unerwünscht schwingt.

Die Dämpfung für die gesamte Membran kann durch Aufbringen eines Dämpfungsmaterials 38 ,,auf die untere Fläche der Folie 27 der Membran 29 erreicht werden, wie Fig. 11 zeigt.

Die Dämpfung des ümfangs der Membran 29 kann durch Dämpfungs· material 40 zwischen den unteren Flächen der Platten 23, und der Membran 29 erfolgen, wie die Fig. 7 und 8 zeigen.

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Claims

SONY CORPORATION It 4483

TOKYO / JAPAN

Elektroakustischer Wandler

Ansprüche

. Elektroakustischer Wandler, bestehend aus einem Magnetkreis mit zwei parallel angeordneten Permanentmagneten, einem mit den beiden Magneten magnetisch„gekoppeltes Joch, das einen mittleren Pol und zwei mit den Magneten magnetisch gekoppelte Platten aufweist, wobei der mittlere Pol zwischen den Platten angeordnet ist, zwei von dem mittleren Pol und jeder Platte gebildeten Luftspalten und einer Membran mit einem in den Luftspalten angeordneten Leiter, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten über der einen Oberfläche der Membran und der mittlere Pol unter der anderen Oberfläche der Membran angeordnet sind, so daß der Magnetfluß durch die Luftspalte schräg zum Leiter der Membran verläuft.
2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Platte aus einem mit jedem der Magneten gekoppelten Teil und einem Endteil besteht, der sich zum mittleren Pol erstreckt, daß ein Absatz an der unteren Fläche jedes Endteils ge-

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bildet ist, und daß die Membran in dem Absatz angeordnet ist.
3. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dämpfungsmaterial zwischen den Absätzen und der Membran angeordnet ist.
4. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Absatz an dem Endteil jeder Platte gebildet ist, und daß ein Dämpfungsmaterial in dem zweiten Absatz angeordnet ist, der den Umfang der Membran berührt.
5. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn ze i ch n e t , daß die Membran in der Mitte zwischen dem oberen Teil des mittleren Pols und den Platten angeordnet ist, und daß der Neigungswinkel des Magnetflusses zum Leiter etwa 20° beträgt.
6. Wandler nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran aus einer Kunststoffolie und einem rechteckigen und spiralförmigen Leiter auf der Kunststoffolie besteht, und daß der innere Teil des Leiters über der oberen Fläche des mittleren Pols liegt.

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