DE60003904T2

DE60003904T2 - Elektroakustischer wandler mit einer membran, und verfahren zur fixierung der membran in einem solchen wandler

Info

Publication number: DE60003904T2
Application number: DE60003904T
Authority: DE
Inventors: Engbert Wilmink; Zeger Aart VAN HALTEREN; Hendrik Dolleman; Christiaan Paul VAN HAL
Original assignee: SonionMicrotronic Nederland BV
Current assignee: Sonion Nederland BV
Priority date: 1999-04-06
Filing date: 2000-04-05
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2020-04-06
Also published as: EP1166598B1; WO2000060902A1; ATE245334T1; DE60003904D1; US7492919B2; DK1166598T3; JP2002541749A; EP1166598A1; US7110565B1; US20060230598A1; NL1011733C1

Description

Die Erfindung betrifft einen elektroakustischen Wandler mit einem Gehäuse mit einem Deckel- und einem Schalenteil jeweils mit einer Innenwand, einer Außenwand und diese verbindenden Endkanten, mit einer im Gehäuse angeordneten Membran mit einem mittleren Membranteil mit einer umlaufenden Kante, wobei der mittlere Membranteil auf einer Folie angeordnet ist derart, dass entlang mindestens eines Teils der umlaufenden Kante des mittleren Membranteils ein Streifen Folie frei liegt, wobei der mittlere Membranteil und der freie Folienstreifen in der gleichen Ebene liegen, sowie mit einer Einrichtung, mit der ein elektrisches Signal in eine Schwingung des mittleren Membranteils bzw. eine Schwingung des mittleren Membranteils in ein elektrisches Signal umsetzbar ist, wobei der Kantenteil der Membran mit einem Wandteil des Gehäuses verbunden ist.
Die Erfindung betrifft auch einen elektroakustischen Wandler mit einem Gehäuse, einer im Gehäuse angeordneten Membran mit einem mittleren Membranteil und einem um diesen herum verlaufenden Kantenteil, und einer Einrichtung, mit der ein elektrisches Signal in eine Schwingung des mittleren Membranteils bzw. eine Schwingung des mittleren Membranteils in ein elektri sches Signal umsetzbar ist, während der Kantenteil der Membran mit einem Wandteil des Gehäuses verbunden ist.
Derartige Wandler sind aus der EP-A-0 851 710 bekannt und finden speziell in Hörgeräten Einsatz.
Zur Funktionstüchtigkeit eines solchen Wandlers unterliegen der Aufbau u.a. der Membran bestimmten Anforderungen. Einerseits muss die Membran sich frei bewegen können; andererseits muss sie sich natürlich irgendwie befestigen lassen. Daher ist es üblich, die Membran an ihrer Umfangskante an einem tragenden Rahmen oder dem Gehäuse festzulegen, wobei der mittlere Membranteil unbefestigt bleibt und daher schwingen kann. Oft wird zwischen diesem mittleren Membran- und dem Kantenteil ein Übergangsteil in Form einer Nut oder eines Balgens vorgesehen, damit der mittlere Membranteil möglichst viel Schwingungsfreiheit erhält.
Aus der EP-A-O 851 710 ist auch bekannt, die Membran an eine Folie anzusetzen, die dann am Gehäuse befestigt wird. Hierzu wird die Folie gefaltet, damit die Membran sich frei bewegen kann. Eine vollständig Aufhängung der Membran ist erforderlich, damit die Volumen im Wandler über und unter der Membran sich akustisch einwandfrei trennen lassen.
Aus der GB-A-2 229 339 ist auch ein elektroakustischer Wandler mit einem Gehäuse sowie einer Membran auf einer Folie bekannt. Um die Außenkante eines mittleren Membranteils herum liegt ein Streifen Folie frei. Die äußere Umfangskante dieser Folie ist bezüglich der Ebene des mittleren Membranteils rechwinklig abgebogen und der abgebogene Teil mit der Innenwandfläche des Gehäuses verklebt. Wie in der EP-A-0 851 710 beschrieben, hat diese Verbindungsart gewisse Nachteile.
Wie bereits festgestellt, finden akustische Wandler Anwendung bspw. in Hörgeräten, die in den äußeren Gehörgang einer Person eingesetzt werden sollen. Daher wird auf diesem Gebiet der Technik ständig eine weiter gehende Miniaturisierung angestrebt, die die verschiedenen Teile jedoch zunehmend empfindlich macht.
Abgesehen von der angestrebten Miniaturisierung soll die Volumenverdrängung der Membran weitestmöglich vergrößert werden; hierzu ist erwünscht, den mittleren Membranteil so groß wie möglich zu gestalten. Weiterhin sollen die Fertigungskosten der Membrankonstruktion durch eine möglichst kleine Anzahl von Teilen so niedrig wie möglich bleiben.
Ein Nachteil aller bisher vorgeschlagenen Arten der Verbindung einer Membran mit dem Gehäuse ist die Notwendigkeit verschiedener Fertigungsschritte, die jeweils Fehlermöglichkeiten enthalten, die evtl. korrigierbar sind oder auch nicht, aber immer zusätzliche Tätigkeiten verlangen und damit die Kosten erhöhen.
Ziel der Erfindung ist ein Wandler der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung, wobei diese Nachteile nicht auftreten sollen. Hierzu ist eine erste beispielhafte Ausführungsform der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der äußeren Umfangskante der Folie und der Innenwand des Gehäuses ein Kapillarraum vorliegt, in dem sich als Verbindung zwischen der äußeren Umfangskante der Folie und der inneren Gehäusewandfläche ein Polymerisat befindet.
Die Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Einsetzen einer Membran in das Gehäuse eines Wandlers der oben genannten Art bereit, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der mittlere Membranteil an eine Folie angesetzt ist derart, dass entlang der äußeren Umfangskante des mittleren Membranteils ein freier Streifen Folie verbleibt und in einem Kapillarraum zwischen der Umfangskante der Folie und der inneren Gehäusewand ein Polymerisat niedriger Viskosität angeordnet wird, um die Folienkante mit der Gehäusewand zu verbinden.
Diese Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass die Verbindung zwischen dem Gehäuse und der Membran sehr elastisch sein kann und sich daher auch bei extremen Auslenkungen weder verformt noch reißt. Weiterhin ist die Befestigung vollständig spannungsfrei, was die akustischen Eigenschaften der Membran begünstigt.
Hinsichtlich seiner Eigenschaften sollte das eingesetzte Polymerisat auf jeden Fall nicht verdampfen, den Frequenzgang der Membran nicht beeinflussen und auch in der Lage sein, bestimmten Verformungen zu widerstehen. Polymerisate, die diese Forderungen erfüllen, sind bspw. Polybutene verschiedener Viskositäten.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Membranteil eine Außenkante aufweist, dass der Kantenteil eine außenumlaufende bzw. Umfangskante aufweist, die in der gleichen Ebene liegt wie der mittlere Membranteil und von der Außenkante des mittleren Teils beabstandet ist, dass der mittlere Membranteil und die Umfangskante aus dem gleichen Werkstoff besehen und miteinander über mindestens einen Streifen ebenfalls aus diesem Werkstoff verbunden sind, und dass zwischen der Umfangskante der Membran und der Außenkante ein Kapillarraum vorliegt, in dem als Verbindung zwischen der Umfangs- und der Außenkante ein Polymerisat angeordnet ist.
Zusätzlich schafft die Erfindung ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass aus einem flächigen Material eine Membran mit einem mittleren Teil und einer Umfangskante vom mittleren Teil kapillar beabstandet bereit gestellt wird, während zwischen dem mittleren Teil und der Umfangskante mindestens ein Verbindungsstreifen vorliegt, und dass zwischen dem mittleren Teil und der Umfangskante ein flexibles Polymerisat vorgesehen wird.
Diese zweite Ausführungsform hat den weiteren Vorteil einer geringeren Anzahl von Verfahrensschritten, einer leichteren Korrektur von Fehlern insbesondere vor dem Einbringen des Polymerisats und einer sehr biegsamen Aufhängung der Membran an der Umfangskante, die mit dem Gehäuse verbunden ist, so dass das Ausbilden einer Aufhängung – wie bei der Verwendung einer Folie – nicht mehr nötig ist. Weiterhin lässt sich in dieser Ausführungsform die Membran kostengünstig in Massenfertigung – nämlich durch Ausstanzen – herstellen. Eine automatisierte Montage der Membranen ist ebenfalls möglich.
Die Erfindung wird unten mit beispielhaften Ausführungsformen anhand der Zeichnungen weiter erläutert.
1 ist ein Schnitt durch einen Wandler mit einer Membran; und
2 zeigt eine erfindungsgemäße Membran in einer Perspektivdarstellung.
Die Erfindung wird nun kurz anhand der 1 erläutert, die einen bekannten elektroakustischen Wandler 1 zeigt.
Der elektroakustische Wandler 1 weist ein Gehäuse 2 aus zwei Teilen auf, nämlich aus einem ersten Gehäuseteil 3 und einem zweiten Gehäuseteil 4. Das Gehäuse 2 hat allgemein die Form eines rechteckigen Kästchens und die beiden Gehäuseteile 3, 4 allgemein einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt, wobei die konkaven Seiten der Gehäuseteile 3, 4 einander zugewandt sind und im montierten Zustand das Innere des Gehäuses 2 einschließen. Im Folgenden werden der erste Gehäuseteil 3 auch als "Deckel" und der zweite Gehäuseteil 4 auch als "Schale" bezeichnet.
Im Inneren des Gehäuses 2 ist eine Membran 5 angeordnet. Die Membran 5 hat einen mittleren Membranteil 6 und um letzteren herum einen Kantenteil 7 zum Festlegen der Membran 5 am Gehäuse 2. Zwischen dem mittleren Membranteil 6 und dem Kantenteil 7 hat die Membran 5 einen Übergangsbereich 8, der als Faltenmuster gestaltet sein kann.
An die Schale 4 ist ein Betätigungselement 9 angesetzt, das mittels eines Bewegungen übertragenden Elements 10 – im Folgenden als "Gabel" bezeichnet – mit dem mittleren Membranteil 6 gekoppelt ist.
Das Wesen und der Aufbau des Betätigungselements 9 gehört nicht zur vorliegenden Erfindung und der Fachmann braucht nicht mit ihnen vertraut zu sein, um die vorliegende Erfindung zu verstehen; auch lässt sich ein an sich bekanntes Betätigungselement verwenden. Daher werden diese Aspekte nur kurz beschrieben. Das Betätigungselement 9 weist eine elektrische Spule 11 auf, die mittels eines elektrischen Zuleitungsdrahts 12, der durch die Schale 4 verläuft, mit Anschlüssen 13 auf der Außenfläche des Gehäuses 2 verbunden. In einem Magnetgehäuse 14 ist ein magnetisches Element 15 angeordnet. Ein Luftspalt 16 des magnetischen Elements 15 ist mit einem Luftspalt 17 der Spule 11 ausgerichtet. Ein U-förmiger Anker 18 ist mit einem ersten Schenkel 19 mit dem Magnetgehäuse 14 verbunden; sein zweiter Schenkel 20 erstreckt sich in die miteinander ausgerichteten Luftspalte 16, 17 hinein. Die Gabel 10 ist mit dem Ende des zweiten Ankerschenkels 20 verbunden.
Wird ein extern erzeugter Strom an die Spule 11 gelegt, erzeugt die Wechselwirkung zwischen den Feldern des magnetischen Elements 15 und der Spule 11 eine auf den Anker 18 wirkende Kraft, die eine Verschiebung in Längsrichtung der Gabel erzeugt, in Folge der die Membran schwingt und eine Druckwelle erzeugt.
Der Deckel 3 enthält eine Öffnung 21, durch die das Innere des Gehäuses 2 zwischen dem Deckel 3 und der Membran 5 mit der Außenwelt in Strömungsverbindung steht. Mit dem Gehäuse ist ein im wesentlichen zylindrischer Stutzen 22 verbunden, an den ggf. ein Schlauch anschließbar ist, um Druckwellen weiter zu leiten.
Wie die 1 zeigt, liegt im elektroakustischen Wandler 1 der Kantenteil 7 der Membran 5 in einer Ebene, die parallel zu der vom mittleren Membranteil 6 aufgespannten Ebene verläuft.
Der Kantenteil 7 der Membran 5 wird bspw. durch Kleben an den freien Endkanten der Seitenwände der Schale 4 befestigt. Diese freien Endkanten bilden eine Fläche, die zum Festlegen des Kantenteils 7 der Membran 5 geeignet ist und deren Breite von der Dicke der Seitenwände der Schale 4 bestimmt wird. Diese Art des Befestigens der Membran ist aus der EP-A-0 851 710 bekannt.
Erfindungsgemäß kann in einem Kapillarraum zwischen dem Kantenteil bzw. der Umfangskante 7 der Membran 5 und der Innenwand des Gehäuses 4 ein flexibles Polymerisat vorgesehen sein, um die Umfangskante 7 und damit die Membran 5 an der Schale 4 des Gehäuses zu befestigen.
In der ersten Ausführungsform der Erfindung ist der mittlere Membranteil 6 an eine Folie angesetzt und ein Polymerisat in einem Kapillarraum zwischen der Außenkante der Folie und der Gehäusewand vorgesehen. Diese Ausführungsform ist in der Zeichnung nicht gezeigt, da der Aufbau praktisch dem der 1 gleicht mit dem einzigen Unterschied, dass zwischen dem Deckel und der Schale des Wandlergehäuses kein Membranteil vorliegt.
Die 2 zeigt schaubildlich eine Membran nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wie sie in einem Wandler nach 1 verwendbar ist. Der mittlere Membranteil 6 und die Umfangskante 7 sind über einen oder mehrere Verbindungsstreifen oder Brücken 23 miteinander verbunden. Die Membran 5 lässt sich auf einfache Weise aus einer Materialbahn – bspw. Aluminium – ausstanzen. Der mittlere Teil ist relativ zu Umfangskante frei bewegbar. Im kapillaren Zwischenraum 8 ist das flexible Polymerisat angeordnet. In dieser Ausführungsform lässt die Membran sich erwünschtenfalls mit ihrem Kantenteil zwischen den freien Endkanten des Deckels 3 und der Schale 4 festlegen.

Claims

Elektroakustischer Wandler (1) mit einem Gehäuse (2) mit einem Deckelteil (3) und einem Schalenteil (4), die jeweils eine Innenwand, eine Außenwand und Endkanten, die die Innenwand und die Außenwand verbinden, haben; einer in dem Gehäuse (2) angeordneten Membran (5), die einen mittleren Membranteil (6) mit einem umlaufenden Rand aufweist, wobei der mittlere Membranteil (6) auf einer Folie so vorgesehen ist, dass entlang mindestens eines Teils des umlaufenden Rands des mittleren Membranteils ein freier Folienstreifen vorhanden ist, wobei der mittlere Membranteil (6) und der freie Folienstreifen in der gleichen Ebene liegen; und Mitteln (8, 9) zum Umwandeln eines elektrischen Signals in eine Schwingung des mittleren Membranteils (6) bzw. zum Umwandeln einer Schwingung des mittleren Membranteils (6) in ein elektrisches Signal, während der Randteil (7) der Membran (5) mit einem Wandteil des Gehäuses (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem umlaufenden Außenrand der Folie und der Innenwand des Gehäuses ein Kapillarraum vorhanden ist, in dem ein Polymer als Verbindung zwischen dem umlaufenden Außenrand der Folie und der Innenwand des Gehäuses vorgesehen ist.
Elektroakustischer Wandler (1) mit einem Gehäuse (2); einer in dem Gehäuse (2) angeordneten Membran (5), die einen mittleren Membranteil (6) und einen um diesen Teil verlaufenden Randteil (7) aufweist; und Mitteln (8, 9) zum Umwandeln eines elektrischen Signals in eine Schwingung des mittleren Membranteils (6) bzw. zum Umwandeln einer Schwingung des mittleren Membranteils (6) in ein elektrisches Signal, während der Randteil (7) der Membran (5) mit einem Wandteil des Gehäuses (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Membranteil (6) einen Außenrand aufweist; dass der Randteil einen umlaufenden Rand (7) aufweist, der in der gleichen Ebene wie der mittlere Membranteil liegt und mit Abstand vom Außenrand des mittleren Teils angeordnet ist; dass der mittlere Teil und der umlaufende Rand aus dem gleichen Material bestehen und über mindestens einen Streifen (23), der ebenfalls aus diesem Material besteht, miteinander verbunden sind; und dass zwischen dem umlaufenden Rand der Membran und dem Außenrand ein Kapillarraum vorhanden ist, in dem ein Polymer als Verbindung zwischen dem umlaufenden Rand und dem Außenrand vorgesehen ist.
Elektroakustischer Wandler (1) nach Anspruch 2, mit einem Gehäuse (2) mit einem Deckelteil (3) und einem Schalenteil (4), die jeweils eine Innenwand, eine Außenwand und Endkanten, die die Innenwand und die Außenwand verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass der Randteil (7) der Membran (5) verbunden ist zwischen den freien Endkanten des Deckteils (3) und des Schalenteils (4).
Verfahren zur Herstellung eines Wandlers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Membranteil so an eine Folie angebracht wird, dass entlang dem umlaufenden Rand des mittleren Membranteils ein freier Folienstreifen (23) vorhanden bleibt; und dass in einem Kapillarraum zwischen den umlaufenden Außenrand, der Folie und der Innenwand des Gehäuses ein Polymer niedriger Viskosität vorgesehen wird, um den Rand der Folie mit der Gehäusewand zu verbinden.
Verfahren zur Herstellung eines Wandlers nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Membran aus einem folienartigen Material ausgebildet wird, wobei die Membran einen mittleren Teil und einen umlaufenden Rand hat, der von dem mittleren Teil mit Abstand angeordnet ist, während zwischen dem mittleren Teil und dem umlaufenden Rand mindestens ein Verbindungsstreifen (23) bestehen bleibt; und dass in einem Kapillarraum zwischen dem mittleren Teil und dem umlaufenden Rand ein flexibles Polymer vorgesehen wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass Polybuten als Polymer verwendet wird.