-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen planardynamischen Schallwandler.
-
Planardynamische Schallwandler werden auch als planarmagnetische, orthodynamische, isodynamische oder magnetostatische Wandler bezeichnet. Der planardynamische Wandler gehört zu den dynamischen, elektromagnetischen Schallwandlern. Ein planardynamischer Schallwandler weist eine flächige mehrpolige Magnetanordnung, eine Membran und eine zweite gespiegelte mehrpolige Magnetanordnung auf. Die mehrpolige Magnetanordnung kann parallele Magnetstäbe mit Zwischenräumen dazwischen vorsehen. Die Magnetisierung der Magnetstäbe kann in der Richtung der kurzen Dimension erfolgen. Die beiden Magnetanordnungen stoßen sich ab, was zur Folge hat, dass sie in einer entsprechend ausgestalteten Konstruktion zusammengefügt sein sollten. Somit entstehen streifenförmige Magnetfelder, wobei die Magnetisierungsrichtung alternierend verläuft und insbesondere in Richtung des kurzen Maßes der Streifen.
-
Die Membran zwischen den beiden Magnetanordnungen ist eine flache Membran, welche aus einer dünnen Kunststofffolie oder einer Polyesterfolie besteht. Auf der Membran sind elektrische Leiter vorgesehen. Die elektrischen Leiter können beispielsweise in Form eines dünnen Drahtes oder einer aufgedampften Leiterbahn ausgestaltet sein. Die Position und die Richtung der elektrischen Leiter ist an die magnetischen Pole der beiden Magnetanordnungen ausgerichtet. Die Leiter können mäanderförmig ausgestaltet sein.
-
1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines planardynamischen Wandlers gemäß dem Stand der Technik. Der planardynamische Wandler 100 weist eine schwingfähige Membran 110 mit elektrischen Leiterbahnen 130 auf. Die elektrischen Leiterbahnen 130 können mäanderförmig ausgestaltet sein. Die Membran 110 kann als Membranfolie ausgestaltet sein. Der Wandler 100 weist ferner eine erste und zweite Magnetanordnung 120, 140 auf, wobei die erste Magnetanordnung 120 oberhalb der Membran 110 und die zweite Magnetanordnung 140 unterhalb der Membran 110 vorgesehen ist. Die erste Membrananordnung 120 weist eine Mehrzahl von Magnetstäben 121–122 auf. Die Magnetstäbe 121–122 weisen erste und zweite Magnetstäbe 121, 122 auf, welche sich abwechseln und jeweils eine unterschiedliche Magnetisierungsrichtung aufweisen. Entsprechendes gilt für die Magnetstäbe 141, 142 der zweiten Magnetanordnung 140.
-
In 1 sind magnetische Feldlinien FL sowie eine auf die Membran 110 resultierende Kraft 101 dargestellt.
-
2A zeigt eine Draufsicht auf eine Magnetscheibe für einen planardynamischen Wandler gemäß dem Stand der Technik. Die Magnetscheibe 300 dient als Magnetanordnung wie in 1 dargestellt. Die Magnetscheibe 300 weist eine Mehrzahl von Bohrungen oder Öffnungen 301 auf, welche eine konstante Größe bzw. einen konstanten Durchmesser aufweisen.
-
2B zeigt eine schematische Schnittansicht einer Magnetanordnung gemäß dem Stand der Technik. Die Magnetanordnung 120 weist eine Mehrzahl von Magnetstäben 121, 122 sowie einen Luftspalt 123 zwischen den Magnetstäben 121, 122 auf. Sowohl die Breite der Magnetstäbe 121, 122 als auch die Breite des Luftspaltes 123 ist konstant.
-
Auf der Magnetscheibe 300 von 2A kann eine in 2B gezeigte Anordnung von Magnetstäben 121, 122 platziert werden.
-
US 4,837,838 zeigt einen planardynamischen Wandler mit einer planaren Membran und einer planaren Magnetanordnung aus Magnetisierungsstäben.
-
Somit wird ein planardynamischer Schallwandler mit einer planaren Membran mit mindestens einem elektrischen Leiter und einer planaren Magnetanordnung mit einem ersten Abschnitt, einem zweiten Abschnitt und einem Randbereich vorgesehen. Der zweite Abschnitt umschließt den ersten Abschnitt und erstreckt sich zwischen dem ersten Abschnitt und dem Randbereich der Magnetanordnung. Der erste Abschnitt weist eine erste Mehrzahl von Öffnungen auf, sodass der erste Abschnitt einen ersten Öffnungsgrad aufweist. Der zweite Abschnitt weist eine zweite Mehrzahl von Öffnungen auf, sodass der zweite Abschnitt einen zweiten Öffnungsgrad aufweist. Der erste Öffnungsgrad ist größer als der zweite Öffnungsgrad.
-
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Magnetanordnung als Magnetscheibe oder Magnetplatte mit einer Mehrzahl von Öffnungen oder Schlitzen vorgesehen.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Magnetanordnung eine Mehrzahl von Magnetstäben oder Magneteinheiten sowie eine Mehrzahl von Luftspalten dazwischen auf. Die Breite der Luftspalten im Bereich des ersten Abschnitts der Magnetanordnung ist größer als im Bereich des zweiten Abschnitts der Magnetanordnung. Alternativ oder zusätzlich dazu ist die Breite der Magnetstäbe im Bereich des zweiten Abschnitts größer als im Bereich des ersten Abschnitts.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der erste Abschnitt zu allen Seiten hin beabstandet zum Randbereich der Magnetanordnung angeordnet.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der erste Abschnitt eine Länge und Breite auf, wobei sich die Länge und die Breite des ersten Abschnitts höchstens um den Faktor 2 voneinander unterscheiden.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beträgt die Fläche des ersten Abschnitts höchstens 30% der Fläche der Magnetanordnung.
-
Die Erfindung betrifft ebenfalls einen Hörer mit einem oben beschriebenen planardynamischen Schallwandler.
-
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der erste Abschnitt in einem Hörer so angeordnet, dass er sich bei Benutzung des Hörers in der Nähe des Eingangs zu einem Ohrkanal des Nutzers befindet.
-
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen planardynamischen Schallwandler vorzusehen, welcher eine verbesserte Magnetanordnung aufweist.
-
Diese Aufgabe wird durch einen planardynamischen Schallwandler nach Anspruch 1 gelöst.
-
Somit wird ein planardynamischer Schallwandler mit einer planaren Membran mit mindestens einem elektrischen Leiter vorgesehen. Der Schallwandler weist ebenfalls eine planare Magnetanordnung mit einer Mehrzahl von Öffnungen oder Schlitzen in der Magnetanordnung auf. Ein Durchmesser oder eine Breite der Öffnungen oder der Schlitze der Magnetanordnung in der Mitte ist größer als im Randbereich der Magnetanordnung.
-
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Magnetanordnung als eine Magnetscheibe mit einer Mehrzahl von Bohrungen vorgesehen, wobei der Durchmesser der Bohrungen in der Mitte der Magnetscheibe größer ist als in einem Randbereich der Magnetscheibe.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Magnetanordnung eine Mehrzahl von Magnetstäben sowie eine Mehrzahl von Luftspalten dazwischen auf. Die Breite der Luftspalten ist in der Mitte größer als im Randbereich und/oder die Breite der Magnetstäbe ist im Randbereich größer als in der Mitte.
-
Der planardynamische Schallwandler kann in einem Hörer, einem Mikrofon oder einem Lautsprecher vorgesehen werden.
-
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
-
1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines planardynamischen Wandlers gemäß dem Stand der Technik,
-
2A zeigt eine Draufsicht auf eine Magnetscheibe für einen planardynamischen Wandler gemäß dem Stand der Technik,
-
2B zeigt eine schematische Schnittansicht einer Magnetanordnung für einen planardynamischen Wandler gemäß dem Stand der Technik,
-
3A zeigt eine Draufsicht auf eine Magnetscheibe für einen planardynamischen Wandler gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und
-
3B zeigt eine Schnittansicht einer Magnetanordnung für einen planardynamischen Wandler gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
-
Der plandynamische Schallwandler gemäß der Erfindung weist wie auch in 1 dargestellt eine Membran 110 mit mindestens einem elektrischen Leiter 130 sowie eine Magnetanordnung 120, 140 auf. Die Magnetanordnung 120, 140 kann oberhalb und unterhalb der Membran 110 vorgesehen sein.
-
3A zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Magnetscheibe für einen planardynamischen Wandler gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Magnetscheibe 300 kann optional die in 1 gezeigte erste und zweite Magnetanordnung ersetzen oder ergänzen. Dazu müssen lediglich zwei der in 3A dargestellten Magnetscheiben 300 oberhalb und unterhalb der Membran 110 vorgesehen sein. Alternativ genügt es auch, wenn nur eine der beiden zu dem planardynamischen Wandler gehörigen Magnetscheiben einen Aufbau gemäß 3A aufweist. Die Magnetanordnung 120, 140 kann als eine Magnetplatte oder Magnetscheibe ausgestaltet sein.
-
Die Erfindung betrifft den Gedanken, dass das Magnetsystem eines planardynamischen Wandlers Öffnungen aufweisen muss, durch welche der von der Membran abgestrahlte Schall austreten kann. Je größer die Fläche der Öffnungen ist, je höher also der Öffnungsgrad ist, desto weniger wird der Schallaustritt gestört. Eine Erhöhung des Öffnungsgrads der Schallaustrittsfläche führt allerdings zu einer Verringerung der Antriebskraft für die Membran, da an den Öffnungen kein Magnetmaterial zur Verfügung steht, das zu einem stärkeren Magnetfeld und somit einer stärkeren Antriebskraft beitragen könnte. Die Erfindung betrifft eine Lösung für diesen Zielkonflikt. Dazu wird zusätzlich die Erkenntnis herangezogen, dass höhere Frequenzen im Audiobereich, also z. B. über 1 kHz, stärker durch einen geringen Öffnungsgrad beeinträchtigt werden als tiefere Frequenzen. Wegen der kürzeren Wellenlänge genügt zur Erzeugung und Abstrahlung der höheren Frequenzen aber ein relativ kleiner Bereich mit einem hohen Öffnungsgrad. Zur Erzeugung und Abstrahlung von tieferen Frequenzen ist hingegen eine größere Fläche sowie eine größere Antriebskraft vorteilhaft. Gleichzeitig werden tiefere Frequenzen weniger durch einen geringen Öffnungsgrad der Schallaustrittsfläche beeinträchtigt.
-
Erfindungsgemäß wird deshalb ein planardynamischer Wandler vorgesehen, bei dem ein relativ kleiner Bereich, der z. B. weniger als 30% der Membranfläche aufweist, einen höheren Öffnungsgrad des Magnetsystems aufweist als der Rest des Magnetsystems.
-
Der Bereich mit dem höheren Öffnungsgrad ist dabei vorzugsweise flächig, z. B. rund, also nicht länglich ausgestaltet. Insbesondere unterscheiden sich Länge und Breite dieses Bereichs höchstens um den Faktor 2 voneinander. Außerdem ist dieser Bereich vorzugsweise vom Außenrand des Magnetsystems beabstandet angeordnet, sodass er vollständig von Bereichen des Magnetsystems umschlossen ist, die einen geringeren Öffnungsgrad aufweisen. Insgesamt steht damit für höhere Frequenzen ein kleiner Bereich des Magnetsystems mit einem höheren Öffnungsgrad zur Verfügung, während für tiefere Frequenzen die gesamte Membranfläche bis zum Rand hin mit einem geringeren Öffnungsgrad zur Verfügung steht. Der Wandler kann z. B. in einem Kopfhörer eingesetzt werden. Der Bereich mit dem höheren Öffnungsgrad wird dann so vorgesehen, dass er sich bei Benutzung des Kopfhörers in der Nähe des Eingangs zum Ohrkanal eines Nutzers befindet.
-
Die Magnetscheibe oder -platte 300 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel weist eine Mehrzahl von ersten Löchern 301, zweiten Löchern 302 und einem dritten Loch 303 auf. Die Magnetscheibe 300 weist einen ersten Abschnitt 300a und einen Randbereich 300g auf. Zwischen dem ersten Abschnitt 300a und dem Randbereich 300g ist ein zweiter Abschnitt 300h vorgesehen, d. h. der zweite Abschnitt 300h umgibt den ersten Abschnitt 300a.
-
Der erste Abschnitt 300a ist zu allen Seiten beabstandet zu dem Randbereich 300g angeordnet. Der erste Abschnitt 300a kann rund oder eckig ausgestaltet sein. Der erste Abschnitt 300a kann einen Mittelpunkt 300b aufweisen. Vom Mittelpunkt 300b des ersten Abschnitts 300a ist ein erster Abstand 300c (nach oben) zum Randbereich 300g, ein zweiter Abschnitt 300d (nach unten) zum Randbereich 300g, ein dritter Abschnitt 300e (nach links) zum Randbereich 300g und ein vierter Abschnitt 300f zum Randbereich 300g vorgesehen. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der erste Abstand 300c unterschiedlich zu dem zweiten Abstand 300d. Insbesondere kann der erste Abstand kleiner als der zweite Abstand sein. Damit kann der Mittelpunkt 300b des ersten Abschnitts 300a außerhalb des Mittelpunktes der Scheibe oder Platte 300 sein. Im ersten Abschnitt 300a kann ein Öffnungsgrad der Öffnungen bzw. der Löcher größer sein als in einem zweiten Abschnitt 300h, welcher sich zwischen dem Randbereich 300g und dem ersten Abschnitt 300a erstreckt sein. Der Öffnungsgrad der Öffnungen oder Löcher in dem zweiten Abschnitt 300h ist kleiner als der Öffnungsgrad der Öffnungen oder Löcher oder Schlitze im ersten Abschnitt 300a.
-
Das dritte Loch 303 ist vorzugsweise im ersten Abschnitt 300a der Magnetscheibe 300 vorgesehen. Um die dritte Bohrung 303 herum können die zweiten Bohrungen 302 mit einem kleineren Durchmesser als die dritte Bohrung 303 vorgesehen sein, welche sich wie das dritte Loch 303 in dem ersten Abschnitt 300a befinden.
-
Zwischen den zweiten Bohrungen 302 und dem Rand der Scheibe kann eine Mehrzahl von ersten Bohrungen 301 vorgesehen sein. Der Durchmesser der ersten Bohrungen 301 ist kleiner als der der zweiten und dritten Bohrungen 302, 303. Damit nimmt der Durchmesser der Bohrungen nach außen hin ab. Die ersten, zweiten und dritten Bohrungen 301, 302, 303 sind jeweils derart ausgerichtet, dass sie innerhalb einer Linie vorgesehen sind.
-
3B zeigt eine schematische Schnittansicht einer Magnetanordnung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Magnetanordnung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann optional in oder auf der Magnetscheibe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel von 3A platziert werden oder alleine vorgesehen werden. Die Magnetanordnung weist eine Mehrzahl von Stäben sowie jeweils einen Luftspalt 322, 323 zwischen benachbarten Stäben auf. Optional ist die Breite der jeweiligen Stäbe 313, 314 nicht konstant. Entsprechendes gilt für den Luftspalt zwischen benachbarten Stäben. Optional kann die Breite der Magnetstäbe 313 sowie die Breite der Luftspalten 321, 322 an das Lochmuster der Magnetscheibe 300 angepasst werden, sodass die Magnetstäbe auf der Lochscheibe 300 platziert sind ohne dabei die ersten, zweiten oder dritten Löcher 301, 302, 303 zu verschließen (ohne die Scheibe 300).
-
Die Erfindung betrifft den Gedanken, dass die Magnetanordnung luft- bzw. schalldurchlässig sein muss, damit Schall entweder abgegeben oder erfasst werden kann.
-
Die Erfindung betrifft ferner den Gedanken, dass der Öffnungsgrad der Löcher oder Luftspalten zwischen benachbarten Magnetstäben in Abhängigkeit der Position der Löcher oder Luftspalten variieren kann. So kann beispielsweise der Öffnungsgrad eines Loches in der Mitte größer sein als der Öffnungsgrad eines Loches im äußeren Bereich. Entsprechend kann der Luftspalt im inneren Bereich größer ausgestaltet sein als im äußeren Bereich. Während der planardynamische Wandler gemäß dem Stand der Technik von 1 eine Mehrzahl von Schlitzen darstellt, kann der planardynamische Wandler mit der Magnetscheibe 300 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von Löchern anstatt Schlitzen aufweisen. Ein Öffnungsgrad ist das Verhältnis der Fläche der Öffnung/des Schlitzes bezogen auf eine Gesamtfläche des Abschnitts oder des Bereiches.
-
Gemäß der Erfindung kann die Magnetanordnung für einen planardynamischen Wandler durch Stäbe, Ringe oder durch eine Scheibe ausgebildet sein. Die Magnetanordnung muss eine gewisse akustische Transparenz gewährleisten, d. h. es müssen Öffnungen bzw. Abstände zwischen den Stäben, Bohrungen in der Scheibe etc. vorgesehen sein. Je geringer der Öffnungsgrad, desto höher ist die magnetische Remanenzflussdichte und damit kann eine höhere Antriebskraft erzeugt werden. Andererseits führt eine Verringerung der Öffnungen oder der Luftspalte der Magnetanordnung dazu, dass der Schall schlechter durchgeleitet werden kann. Dies gilt insbesondere für hohe Frequenzen. Gemäß der Erfindung wird somit vorgeschlagen, dass die Breite der Bohrungen oder Schlitze der Magnetanordnungen in Abhängigkeit der Position der Öffnungen oder Schlitze variiert wird, wobei in der Mitte größere Öffnungen oder Schlitze vorgesehen werden als im Randbereich der Magnetanordnung.
-
Durch die Variation des Öffnungsgrades der magnetischen Anordnung kann eine akustische Transparenz auch für hohe Frequenzen verbessert werden. Dies kann insbesondere in der Mitte des Schallwandlers oder in der Nähe des Ohrkanals bei einem Kopfhörer erfolgen. Andererseits kann in denjenigen Bereichen, welche über kleinere Öffnungen oder Schlitze verfügen, eine Antriebskraft erhöht werden.
-
Ferner kann eine verbesserte Verteilung der akustischen Last auf der Membran erreicht werden. Dies ist vorteilhaft, weil damit Schwingungsmoden unterdrückt werden können und die Kolbenförmigkeit der Membranbewegung verbessert werden kann.
-
Gemäß der Erfindung ist darauf zu achten, dass ein Kompromiss zwischen der Erhöhung der Antriebskraft und den akustischen Anforderungen erreicht wird. Dies ist insbesondere daran zu sehen, dass der Öffnungsgrad nicht beliebig reduziert werden kann. Andererseits führt eine Reduzierung des Öffnungsgrades auch zu einer erhöhten Masse der Magnetanordnung, was den gesamten Schallwandler wiederum schwerer macht. Ferner ist die Antriebskraft des Wandlers im Bereich des höheren Öffnungsgrades kleiner, weil dort weniger Magnetmasse vorhanden ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
