DE1512727A1 - Elektroakustischer Wandler - Google Patents

Description

• Elektroakustischer Wandler Die Erfindung betrifft einen elektroakustischen Wandler, insbesondere einen Lautsprecher, mit einer im Betrieb von Signal-

  der ignalstrom liefernden

  strompurchflossenen Spule.

  Es sind bereits die verschiedensten Arten elektroakustischer vlandler bekannt, z.B. elektromagnetische, elektrodynamische und elektrostatische Lautsprecher sowie mit Elektrostriktion arbeitende Systeme, z.B. Kristall-Hörkapseln, siehe z.B. "Handbuch für Hochfrequenz-und Elektro-Techniker" , 1.Bd., Verlag für Radio- Foto-Kinotechnik GmbH, Berlin-Borsigwalde, 3.Auflage, 195`, Seite 438 ff., wo auch die an ein ideales Lautsbrechersystern zu stellenden Forderungen erwähnt sind.
• Alle bekannten elektroakustischen Wandler lassen jedoch in der einen oder anderen Hinsicht zu wünschen übrig und für eine qualitativ hochwertige Klangwidergabe müssen daher mehrere Systeme und aufwendige Weichen- und Resonanzraumkonstruktionen verwendet werden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektroakustischen Wandler anzugeben, der praktisch frei von den Mängeln der bekannten Lautsprechersysteme ist.

  Diese Aufgabe wird bei dem elektroakustischen Wandler mit

  oder Signalstrom liefernden

  mindestens einer im Betrieb vom Signalstrom durchflossenenepule

  gemäss der Erfindun;#S, dadurch gelöst, daß bei der vorzugsweise scheibenförmigen Spule eine Platte aus elastischem Werkstoff, vorzugsweise Silikonkautschuk, angeordnet ist, in der längliche, ferromagnetische Teilchen eingebettet sind, die wenigstens z.T. mit ihrer längsten Abmessung einen von Null verschiedenen Winkel mit den Feldlinien des von der Spule erzeugten magnetischen Feldes bilden. Die Teilchen können aus einem magnetisch hartem Werkstoff bestehen und sind dann kleine Stabmagnete. Es kann jedoch auch ein magnetisch weicher Werkstoff verwendet werden, in diesem Falle ist dann jedoch zusätzlich eine Vormagnetisierung vorgesehen, die das Auftreten von akustischen Schwingungen der doppelten Frequenz des Signalstromes verhindert. Die Vormagnetisierung kann durch eine Platte aus Magnetwerkstoff, insbesondere Ferrit, erzeugt werden, die senkrecht zu ihrer Hauptfläche magnetisiert ist, oder durch einen Vormagnetisierungsstrom in der vom Sign.tlstrom durchflossenen Spule oder einer hiervon getrennten Spule. Das Vormagnetisierungsibld ist dabei in bekannter T@;eise mindestens so gross, daß das vom Signalstrom erzeu@_rte Feld keine Richtungsumkehr des Gesamtfeldes am Ort der länglichen Teilchen verursachen kann. Das Prinzip der Erfindung sowie deren Ausgestaltungen und Weiterbildungen werden anhand der Zeichnung näher erläutert, es zeigen: Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung; Fig.2 eine schematische Darstellung zur, Erläuterung der Arbeitsweise der Erfindung; Fig. 3 eine schematische Schnittansicht eines zureiten Ausführungsbeispieles der Erfindun; und Fig. 4 eine schematische Schnittansicht eines dritten Ausführung sbeispieles der Erfindung. Der in Figur 1 als Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellte Lautsprecher besteht im T-resentlichen aus einer dünnen, scheibenförmigen Spule 10, der das wiederzugebende Niederfrequenzsignal zugef@lt-irt wird. Die Spule 10 kann beisnielsweise eine Zylinderspule sehr geringer axialer Abmessung, relativ ;.leinen Innendurchmessers und relativ grossen Aussendurchmessers sein, die von innen nacl.-L aussen gewickelt ist. Neben der Spule 10 ist ein Körper 12 aus einem elastischen Werkstoff, vorzugsweise Silikonkautschuk, angeordnet, in dem kleine, längliche, ferromagnetische Teilchen 14 eingebettet sind. Die Teilchen 14 sollen bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem magnetisch harten Werkstoff, z.B. einem Ferrit, bestehen, also eine relativ hohe Koerzitivkraft aufweisenlund in Z'=#Ingsrichtung magnetisiert sein, wie durch die Pfeile angedeutet ist. Bei Figur 1 sind die Teilchen regellos in dem elastischen Körper 12 dispergiert, die NOrd-Süd-Richtungen der Teilchen sind also statistisch verteilt. Wenn der Spule 10 im Betrieb ein in Schallschwingungen zu verwandelndes elektrisches Signal zugeführt wird, entsteht ein im Rhythmus dieses Signales schwankendes Magnetfeld, das die Teilchen 14, soweit sie nicht bereits die Richtung dieses Magnetfeldes haben, ijdie Feldrichtung zu drehen strebt. Wenn also ein Teilchen 14 mit seiner durch den ausgezogenen Pfeil angedeuteten Nord-Süd-Richtung anfänglich einen Winkel mit der Richtung des durch die Spule 10 erzeugten Feldes H bildet, wird es durch dieses Feld parallel zur Feldrichtung ausgerichtet (gestrichelter Pfeil), wobei gleichzeitig der umgebende elastische Werkstoff verformt wird. Hieraus resultiert eine Dickenänderung des plattenförmigen elastischen Körpers 12 und eine entsprechende Schallwelle wird von der Oberfläche 16 dieses Körpers abgestrahlt. Der Wirkungsgrad eines solchen Lautsprechers kann verbessert werden, wenn man die Teilchen nicht wie in Figur 1 mit statistischer Verteilung in dem elastischen Werkstoff dispergiert, sondern so ausrichtet, daß das durch das magnetische Feld der Spule 10 ausgeübte Drehmoment und damit auch die Verformung des plattenförmigen elastischen Körpers maximal werden. Eine solche Anordnung ist in Figur 3 dargestellt. Der elastische Körper 121 besteht aus mehreren Schichten, in denen die Teilchen 14 so ausgerichtet sind, daß ihre magnetische Dipolachse im Ruhezustand etwa senkrecht auf den magnetischen Feldlinien steht. Der elastische Körper 121 kann z.B. aus kleineren Teilen, die dann miteinander vergossen werden, mosaikartig zusammengesetzt werden, wenn es Schwierigkeiten bereitet, den Teilchen beim Vergiessen die gewünschte Vorzugsrichtung zu geben.
• Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der elastische Körper 12 regellos verteilte, längliche, ferromagnetische Teilchen 141 aus einem magnetisch weichen Werkstoff, also einem Werkstoff mit geringer Koerzitivkraft enthält.

  ' bestehen.

  Die Teilchen können beispielsweise aus EisenfeilspänenN( Die

  Spule 101 besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus einer den plattenförmigen Körper 12 umfassenden Spule 10. Zur Vormagneti-.sierung ist ferner eine in der Dickenrichtung magnetisierte Ferritnlatte 18 vorgesehen, die ein Vormagnetisierungsfeld solcher Grösse liefert, daß das auf die Teilchen 14' einwirkende Feld seine Richtung nicht ändert und damit eine Frequenzverdopplung verhindert wird. Anstatt das Vormagnetisierungsfeld durch einen Permanentmagneten zu erzeugen, kann dieses Feld auch Elektromagnetisch erzeugt werden. Im einfachsten Falle lässt man durch die Spule einen Gleichstrom fliessen, der mindestens so gross ist wie der Spitzenwert des Signalstromes. Man kann also die Spule 101 z.B. einfach in den Anodenkreis einer Röhre bzw. den Kollektorkreis eines Transistors schalten. Selbstverständlich könnte man das Vormagnetisierungsfeld auch durch eine getrennte Spule oder durch eine getrennte Stromquelle erzeugen. Ein Vormagnetisierungsfeld kann auch bei ferromagnetischen Teilchen verwendet werden , um den Wirkungsgrad zu erhöhen. Die Spulen und die die eingebetteten Magnetteilchen enthaltenden plattenförmigen Körper können in praktisch beliebiger Grösse und Form, z.B. rechteckig oder kreisförmig oder hexagonal usw. hergestellt werden. Es können auch mehrere Spulen Anwendung finden, wobei dann darauf zu achten ist, daß die schallabstrahlenden Flächen synchron schwingen. Da jedes einzelne ferromagnetische Teilchen durch das Magnetfeld der Spule angetrieben wird, ist die Trägheit der schallabstrahlenden Anordnung sehr gering und der Frequenzgang ist im ganzen Hörfrequenzbereich eben, da keine störenden Eigenresonanzen vorhanden sind. Die ächallabstrühlende Fläche kann praktisch beliebig gross gemacht werden, da leine Justierungsprobleme u.dgl. existieren, wie bei grossen elektrostatischen Lautsprechern. Der vorliegende ,Iwndler kann auch als I@Iikrophon verwendet werden, wenn die Teilchen permanentmagnetisch oder durch ein Vormagnetisierungsfeld magnetisiert sind.
• r Eine magnetische Vorspannung der Teilchen kann auch durch ein "eingebautes Felderreicht werden. Wenn man beispielsweise in Fig. 3 die Teilchen in den verschiedenen Lagen nicht parallel ausrichtet, sondern von Lage zu Lage in einem Winkel von beispielsweise 90o zueinander, spannen sich die Teilchen in den verschiedenen Lagen durch gegenseitige Anziehung bzw. Abstoßung untereinander vor, so daß kein zusätzliches Vorspannungsfeld erforderlich ist. Wenn die Teilchen aus einem harten Ferromagnetikum bestehen,. sind sie vorzugsweise so ausgerichtet, daß sie einen Winkel von 45o mit den Feldlinien des von der Spule erzeugten Feldes (oder im Falle eines Mikrophons mit der Spulenachse) bilden. In diesem Fall können die Teilchen dann + 45o schwenken, ohne daß eine Polarisationsumkehr eintritt.

Claims (3)

1. P a t e n t ans p r ü c h e Elektroakustischer Wandler, insbesondere Lautsprecher, mit einer im Betrieb von Signalstrom durchflossenen Spule, dad u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei der Spule (10, 10t) eine Platte (12,12t) aus elastischem Werkstoff angeordnet ist, in den längliche, ferromagnetische Teilchen (14) eingebettet sind, die mindestens z.T. mit ihrer längsten Abmessung einen von 0 verschiedenen Winkel mit den Feldlinien des von der Spule erzeugten magnetischen Feldes bilden .
2. 2. Wandler nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Spule eine Zylinderspule (10) geringer axialer Abmessung, geringen Innendurchmessers und grossen Aussendurchmessers ist (Fig. 1 und 3).
3. 3. Wandler nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Spüle eine Ringspule (10t) ist, die den elastischen Körper (12) umfasst (Fig. 4). Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Teilchen aus einem magnetisch harten Werkstoff bestehen. 5. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n 'n z e i c h n e t , daß die Teilchen aus einem magnetiseh weichen Werkstoff bestehen. 6. Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Teilchen in dem elastischen Körper so orientiert sind, daß ihre Längsrichtung möglichst annähernd senkrecht auf der Richtung der Feldlinien des von der Spule erzeugten magnetischen Feldes stehen. 7. Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Platte (12t)aus mindestens zwei Schichten aufgebaut ist (Fig. j). B. vfandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Anordnung zum Erzeugen eines Vormagnetisierungsfeldes. 9. Wandler nach Anspruch 8, d a du r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Stärke des Vormagnetisierungsfeldes so bemessen ist, daß das resultierende Feld am Ort der Teilehen seine Richtung nicht umkehrt. 10. Wandler nach Ansnruch 8 oder 9, g e k e n n z e i c h -n c t d u r c h eine Permanentmagnetanordnung, insbesondere eine in Dickenrichtung magnetisierte Ferritplatte (18), zur Erzeugung des Vormagnetisierungsfeldes. 11. Wandler nach Anspruch 8 oder 9, g e k e n. n z e i c h n e t d u r c h eine elektromagnetische Anordnung zum Erzeugen des Vormagnetisierungsfeldes. 12. Wandler nach Anspruch 11, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines Vormagnetisierungs-Gleichstromes in der vom Signalstrom durchflossenen Spule (10,101). 13. Wandler nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Spule (10, 10') zum Anodenstrom einer Röhre oder Kollektorstrom eines Transistors durchflossen ist.