DE2242756A1 - Elektroakustischer wandler - Google Patents

Description

Northern Electric Company, Limited,
Montreal, Quebec, Kanada '

Elektroakustischer Wandler

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbindungsanordnung zur Herstellung einer Bewegungskoppelung zwischen einer Membran und einem schwenkbar gelagerten Anker in einem elektroakustischen Wandler.

Elektroakustische Wandler, die als Empfangseinrichtungen in Kopfhörern, Fernhörern und dgl. verwendet werden, weisen im allgemeinen eine gewisse gemeinsame Form auf. Diese Empfangseinrichtungen enthalten in typischer Weise ein Gehäuse, in welchem eine Antriebseinrichtung befestigt und mit einer akustischen Membran an einem Ende des Gehäuses gekoppelt ist. Die Membran ist dabei so angebracht, daß sie mit dem Luftraum in der Ohrhöhle des Benutzers fest koppelbar ist. Ein Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß der Zustand fester Kopplung einen hohen Kopplungswirkungsgrad mit sich bringt. Ein Nachteil dieser Anordnung besteht jedoch darin, daß das Entweichen von Luft um die Außenseite des Benutzerohres in den Kopplungsraum eine erhebliche Herabsetzung des Kopplungswirkungsgrads bei tiefen Frequenzen mit sich bringt.

309829/0722

Während einer längeren Fernhörerbenutzung kommt es häufig . dazu, daß das Benutzerohr erheblich schmerzt, und zwar auf Grund der langen Ausübung eines hinreichenden Druckes zwecks Vermeidung von Luftentweichungen. Dieses Problem ist von den Fernsprechherstellfirmen erkannt worden. Als Wandler mit besserem Wirkungsgrad entwickelt waren, wurde der Empfängerteil des Fernhörers geändert, um einen größeren Kopplungs-Luftraum zwischen dem Trommelfell des jeweiligen Benutzers und der Empfängermembran zu schaffen. Der größere Kopplungsraum macht die geringe Empfängerempfindlichkeit hinsichtlich der Kopplungsbedingungen weniger ideal. Eine bestimmte Luftentweichung bzw. ein bestimmter Luftspalt um die Hörermuschel herum beeinflußt den größeren Kopplungsraum um ein geringeres Ausmaß als einen kleineren Kopplungsraum. Daher ist eine relativ geringe Verschlechterung in der akustischen Qualität wahrnehmbar.

Die obige Lösung zur Beibehaltung der akustischen Qualität ist im Hinblick auf die derzeit vorhandenen Fernsprechapparate ausreichend. Leichte Handapparate und in der Zukunft zu benutzende elektronische Fernsprechapparate, die dem ästhetischen Empfinden entsprechend proportioniert sind, sind jedoch mit dem derzeitigen Wandlerbau nicht kompatibel. Da eine derartige Anordnung verringerte Abmessungen aufweisen wird, eignen sich diese Abmessungen jedoch nicht ohne weiteres für die Aufnahme einer bedeutenden Hörermuschel.

Ein Wandleraufbau, wie er derzeit in weitem Umfang und kommerziell benutzt wird, ist als "U1"-Empfänger bekannt und in der kanadischen Patentschrift 496 187 beschrieben. Dieser Wandler ist vom Ringankertyp mit einer kreisförmigen s Membran. Diesem als Empfänger benutzten Wandler haftet jedoch _: eine Anzahl von Nachteilen an. So ist der betreffende Wandler

309829/0722

relativ schwer und groß, und zwar insbesondere im Durchmesser, wenn man ihn mit einem Empfänger mit symmetrischem bzw. vierpoligem Anker entsprechenden Wirkungsgrads und entsprechenden akustischen Eigenschaften vergleicht. Die Form und die gesamte Hauptmasse des Ringankers und der Magnetanordnung machen den Empfänger relativ teuer. Darüber hinaus sind die Toleranzen in; gewissem Maße kritisch, um einen gleichbleibenden Empfängerwirkungsgrad und Dynamikbereich beizubehalten. Der betreffende Wandleraufbau bringt jedoch einen Vor.teil-.jnit sich, und zwar insofern, als in dem mittleren Teil des Empfängers ausreichend Platz für die Membran zur Verfügung steht, um derart tief konkav ausgebildet zu werden, daß ein vergrößertes Kopplungsvolumen zur Verfügung steht. Dies bringt eine annehmbare akustische Qualität über einen Bereich von Kopplungsbedingungen mit sich.

Eine Alternative zu dem oben erläuterten Ringanker-Empfänger ist ein Wandler mit schwenkbar gelagertem oder symmetrischem Anker. Die bisher bekannten Empfängeranordnungen mit schwenkbar gelagertem Anker weisen ein relativ geringes Kopplungsvolumen auf. Die Empfängermembran kann dabei nicht hinreichend weit konkav ausge-, bildet werden wie bei dem Ringanker-Empfänger, da nämlich der Antriebsmechanismus den meisten Raum hinter der Membran beansprucht bzw. ausfüllt. Darüber hinaus wird das Kopplungsvolumen mit jeder Herabsetzung des Empfängerdurchmessers verkleinert. Dabei ist zu bemerken, daß Empfänger mit kleinerem Durchmesser benötigt werden, um hinsichtlich der Abmessungen mit zukünftigen Fernsprechanordnungen kompatibel zu sein. Damit stehen die Forderungen der akustischen Qualität und des ästhetischen Aussehens in direktem Gegensatz zueinander.

Die derzeitigen Empfangseinrichtungen mit schwenkbarem Anker enthalten jedoch noch Probleme hinsichtlich der Verbindung zwischen dem Anker und der Membran. Diese Probleme sind von Morrison in der US-PS 3 454 912 umfassend erläutert ,(s. die Erläuterungen zu Fig.4A und 4B). Zusammenfassend ist festzustellen, daß die bekannten Verbindungen entweder zu steif waren und zur Verformung der Membran führten oder daß sie zu flexibel waren und zur Verformung der Antriebsverbindung führten oder zur Abnutzung zwischen

30982S/Q722

beweglichen Teilen in zu starkem Maße führten.

Während der Entwicklung eines Empfängers mit symmetrischem Anker für die Verwendung in zukünftigen elektronischen Handapparaten und als Ersatz für den derzeitigen Empfänger vom Ringankertyp ist festgestellt worden, daß in der Empfangsfrequenzkennlinie eine Einsattelung bzw. Einkerbung in typischer Weise im Bereich zwischen 2800 Hz und 3300 Hz vorhanden war. Bei diesem bestimmten Empfänger war die Verbindung zwischen dem Anker und der Membran durch einen geformten Ansatz des Ankerkörpers gebildet. Das damit vorhandene Problem schien in einem zu starren bzw. unelastischen Verbindungsglied zwischen dem Anker und der Membran zu liegen. Eine Untersuchung der betreffenden Erscheinung zeigte, daß diese Einkerbung oder Einbuchtung wahrscheinlich dann auftritt, wenn die Membran sich nicht rein als Kolben bewegt, da nämlich die Antriebskraft (f) einen geringen Anteil enthält, der nicht längs der Längsachse der Membran wirkt. Dies trifft für den Fall zu, daß das Verbindungsglied zwischen dem Anker und der Membran fest ist und an jedem Ende eine feste Verbindung aufweist. In diesem Fall ist die Antriebskraft (f) rechtwinklig zu der Ebene gerichtet, die durch die Verbindung eines mechanischen Antriebspunkts auf der Membran und der Achse festgelegt ist, um die der Anker eine Schwenkbewegung ausführt. Für die Herabsetzung der Schallausgangsleistung innerhalb eines beschränkten Frequenzbereichs ist eine Komponente F sin θ maßgeblich, wobei θ der Winkel bedeutet, der sich zwischen der Längsachse und der Kraft F ergibt. Diese Komponente induziert gegenphasige Resonanz-Schwingungen verschiedener Bereiche der Membran.

Es stehen verschiedene annehmbar arbeitende Verbindungsglieder zur Verfügung, die die Komponente F sin θ absorbieren

309828/0722

_ 5 —

oder weiterleiten. Ein besonders zweckmäßiges Gelenkglied bzw. Verbindungsglied ist von Morrison beschrieben worden. Die Herstell- und Zusammenbaukosten bei der Herstellung eines Morrison-Verbindungsgliedes in einer Wandleranordnung stellen jedoch ein Hindernis dar, wenn ein realistischer.Preis einen ausreichenden Marktbedarf ftir eine Massenproduktion schaffen soll. ■'■'-■■:.---

Das Morrison-Verbindungsglied besteht grundsätzlich aus ' einem rohrförmigen Antriebsstab, der an seinen Enden abgeflacht ist, wobei das eine Ende mit der Membran verbunden bzw. verklebt ist und wobei das andere Ende an einem Ende eines symmetrischen Ankers angelötet ist. In einer Ferti— gungsanordnung ist das Anlöten des Antriebsstabes an dem Anker jedoch ohne Anziehungskraft. Bei dem betreffenden Verfahrensgang ist ein Handbetrieb erforderlich, der eine erfahrene Arbeitskraft erfordert. Im übrigen ist in diesem Zusammenhang noch zu bemerken, daß auch bestenfalls die jeweils erzielten Lötverbindungen von ungleichmäßiger Qualität sind und eine nicht vorhersehbare Lebensdauer-Zuverlässigkeit aufweisen. Wird im übrigen zu wenig Lötmittel an die Verbindungsstelle gebracht, so wird die Verbindungsstelle bzw. Lötstelle anstelle des abgeflachten Endes sich während des Betriebs des Empfängers biegen und eine Alterung erfahren. Schließlich wird die betreffende Verbindungs- bzw. Lötstelle brechen. Ist auf die Verbindungsstelle zuviel Lötmittel aufgebracht worden, so ist das abgeflachte Ende des Antriebsstäbes übermäßig stark mit dem Lötmittel überzogen und damit wirksam versteift. In diesem Fall ist das abgeflachte Ende zu steif, um die gewünschte Flexibilität zu liefern. Der Frequenzgang des Wandlers weist in diesem^ Fall die oben erwähnte Einbuchtung auf.

3098 2 9/Ϊ7 2

Bei der Produktionsmontage weist ein anderes Klebverfahren zwar sämtliche oben erläuterten Nachteile des Lötens auf, zusätzlich aber noch die Forderung nach einer Festklemm-Ausrichtung, bis das Klebmittel ausgehärtet ist. Dies erfordert neben handwerklichem Können eine Anzahl von Montageschablonen und festen Anlagen. Die Kosten dieses Verbindungsverfahrens stellen somit ein Hindernis dar, wenn Verbindungen zwischen dem symmetrischen Anker und dem Antriebsstab geschaffen werden. Wie bei einer Lötverbindung so ist auch hier die Menge des auf die jeweilige Verbindungsstelle aufgebrachten Klebmittels kritisch. Eine Klebverbindung ist dabei allerdings ...-eine' relativ annehmbare Verbindung im Hinblick auf die spätere Verbindung des Antriebsstabes mit der Membran. An dieser Stelle des Zusammenbaus ist bei der soweit zusammengesetzten Wandleranordnung eine Ausrichtung und Einstellung vorhanden. Darüber hinaus ist das Klebmittel auf einen nicht kritischen Bereich des Antriebsstabes durch das Vorhandensein der Membran beschränkt .

Die Anwendung von Punktschweißverfahren zur Verbindung eines Morrison-Verbindungsgliedes mit einem Anker ist unpraktisch. Die in bezug auf die für die Festigkeit erforderliche Schweißfläche zur Verfügung stehende Oberfläche reicht nämlich nicht aus, um die Wärme abzuleiten, die zur Ausführung einer herkömmlichen Punktschweißung benötigt wird. Demgemäß führt jeder Versuch, einen Morrison-Antriebsstab an einem Anker wirksam durch Punktschweißung anzuschweißen zu einer Zerstörung des betreffenden Antriebsstaberides.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen wirtschaftlichen und zuverlässigen elektroakustischen Wandler mit einer umgedrehten symmetrischen Anker- und Membrananordnung zu schaffen. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß durch

309829/0722

Unterbringung der Membran in dem der Schallaustrittsöffnung gegenüberliegenden Ende des Wandlers in einem Gehäuse ein relativ großer Kopplungsraum geschaffen ist, wodurch der Frequenzgang bzw. die Frequenzkennlinie bei einem lose gekoppelten Zustand verbessert ist. Ferner ist ein Wandler zu schaffen, der ein verbessertes Verbindungsglied zwischen einem symmetrischen Anker und einer Membran aufweist. Das Verbindungsglied soll einen Verbindungsstreifen und einen Ankeransatz aufweisen, der senkrecht zu dem Anker verläuft. Bezüglich dieses Ansatzes sei bemerkt, daß dieser eine relativ große flache Oberfläche aufweist, die für eine Punktschweißung geeignet ist. Der Verbindungsstreifen bzw. -bügel ist durch einen dünnen Streifen aus einem sehr elastischen Metall mit einer mittleren Versteifungs-Äusbildung gebildet,, die durch Flansche gebildet sein kann. Damit steht ein leichter, in der Mitte stabiler iferbindungsstreifen bzw. -bügel zur Verfügung, der flexible Endteile aufweist. Dieser Verbindungsbügel bzw. -streifen vermag die Antriebskraft zwischen dem Anker und der Membran längs der Längsachse der Membran zu übertragen, wobei die mit dieser Antriebskraft in Beziehung stehende seitliche Antriebskraftkomponente durch Biegung der Endteile absorbiert wird. Die Oberfläche des einen Endes des Verbindungs- bzw. Gelenkbügels und des Ankeransatzes stellen eine hinreichend große Fläche für die Wärmeableitung während ,der Punktschweißung des einen Endes des Gelenkbügels an dem Ankeransatz dar. Bei der Herstellung liefert die Punktschweißung Verbindungen von gleichbleibend hoher. Qualität bei relativ niedrige? Kosten.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch ein Verbindungsglied zwischen einem schwenk- bzw. drehbar gelagerten Anker und einer akustischen Membran in. einem elektroakustischen Wandler. Das Verbindungsglied enthält einen

Ankeransatz, der rechtwinklig zu dem Anker verläuft und der mit der Längsachse der Membran angenähert in einer Ebene liegt. Ein Verbindungsstreifen bzw. -bügel, der längs seines Mittelteils eine Verstärkungsausbildung aufweist und damit einen relativ steifen Mittelteil und zwei flexible Endteile enthält, ist durch Punktschweißung an einem Ende mit dem Ankeransatz verbunden, und das andere Ende ist an der Membran befestigt. Auf diese Weise bewirkt der Verbindungsstreifen eine Kopplung der Längsbewegung zwischen dem Anker und der Membran. Die durch die Schwenkwirkung des Ankers hervorgerufene zugehörige Querbewegung wird durch die flexiblen Endteile des Verbindungsstreifens weitgehend absorbiert.

An Hand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Fig. 1 zeigt in einer Explosionsansicht einen Wandler gemäß der Erfindung mit einem symmetrischen Anker. Fig. 2 zeigt in einer Schnittansicht den in Fig. 1 dargestellten, einen symmetrischen Anker verwendenden Wandler im zusammengebauten Zustand.

Fig. 3a zeigt eine Seitenansicht des Ankers, und einer Verbindungsstreifenanordnung des Wandlers gemäß Fig. 1 und Fig.3b zeigt eine Draufsicht des Ankers und der Verbindungsstreifenanordnung gemäß Fig. 3a.

Fig. 3c zeigt eine Stirnansicht des Ankers und der Verbindungsstreifenanordnung gemäß Fig. 3a. Fig. 4a zeigt in einem Kurvendiagramm relative Frequenzgänge von verschiedenen Empfängern bei fester Kopplung mit einem künstlichen Ohr.

Fig. 4b zeigt in einem Kurvendiagramm relative Frequenzgänge eines Empfängers mit "umgekehrtem" symmetrischen Anker

309829/0722

und eines Empfängers mit herkömmlichem symmetrischen Anker bei loser Kopplung mit einem künstlichen Ohr.

Gemäß Fig. 1 und 2 besteht eine Wandlerkammer aus einem eine hohlzylindrische Form besitzenden Aluminiumgehäuses 1 mit einer Seitenwand 6. Die Seitenwand 6 endet an einer Schulter 3 neben einer Ringkante 4, die einen Stirnflächenteil 5 umgibt, in welchem Öffnungen 2 enthalten sind. Über dem Stirnflächenteil 5 liegt eine dünne, akustisch durchlässige Kunststoffmembran 60, die auf der Kante 4 aufliegt.

In dem Gehäuse 1 sitzt ein Sicherungsring 40, dessen Unterseite neben der Schulter 3 liegt, so daß die Kante der Kunststoffmembran 60 zwischen dem betreffenden Ring 40 und der Schulter 3 gehalten wird. Die Oberseite des Sicherungsrings 40 weist vier Abstands-Ausnehmungen 41, von denen in Fig. 1 drei sichtbar sind, und einen rechteckförmigen Vorsprung 42 auf. .

Auf der Oberseite des Sicherungs- bzw. Klemmrings 40 liegt ein kreisförmiges Rahmen- bzw. Bauteil 50 auf. Eine in der Seite des kreisförmigen Rahmenteils 50 vorgesehene vertikale Ausnehmung 52 wirkt mit dem rechteckförmigen Ansatz 42 für die Aufnahme von zwei elektrischen Leitungen 61 zusammen. Ein die Oberkante des kreisförmigen Rahmenteils 50 bildender Rand 53 begrenzt den Außenumfang einer zusammengedrückten Klemmf.lache 56. Neben dem Innenumfang der Klemm- bzw. Spannfläche 56 erstreckt sich das Rahmenteil 50 in Querrichtung und begrenzt einen ringförmigen Klemmflansch 54, der einen keilförmigen Querschnitt besitzt' und der an einer Öffnung endet, die durch die Innenkante 55 begrenzt ist. In dem Rahmenteil 50 ist eine elektromechanische Wandlereinheit 70

309829/0722

untergebracht, die an der Unterkante des Rahmenteils 50 befestigt und an dem Flansch 54 festgehalten ist. Die Anordnung liegt auf dem Klemmring 40 auf, wobei Teile der Einheit 70 den Raum in den Abstandsausnehmungen 41 ausfüllen.

Auf der Klemmfläche 56 liegt eine akustische Membran 10 auf, die einen kegelförmigen Teil 12 aufweist, der von einem flachen Umfangsrand 11 umgeben ist. Der Umfangsrand 11 liegt zwischen der Klemmfläche 56 und einem Klemmring 17. In dem Mittelteil des kegelförmigen Teiles 12 liegt ein Aufnahmebzw. Befestigungsloch 13. Ferner ist im Bereich des kegelförmigen Teiles 12 ein Nebenloch 14 vorgesehen.

Die Wandlereinheit 70 enthält obere und untere Polstücke 71 und 73, zwischen welchen ein zylindrischer Permanentmagnet 75 eingeklemmt ist. Zwei der unteren Polflächen 72 und zwei der oberen Polflächen 74 verlaufen auf U-förmigen Ansätzen des unteren bzw. oberen Polstückes 71 bzs. 73 aufeinander zu; sie verlaufen dabei unter geringem Abstand voneinander, wodurch zwei Spalte zwischen den Polflächen 72 und 74 gebildet sind. Bei einer Ausführungsform besteht der Permanentmagnet 75 aus einem Material, das als ALNICO V (Warenzeichen) bekannt ist, wobei geeignete Polstücke 71 und 73 aus einem Material bestehen, das als PERMALLOY (Warenzeichen) bekannt ist. Ferner ist ein Spulenkörper.28 mit einer darauf gewickelten Spule 29 vorgesehen; die Spule 29 ist mit den elektrischen Leitungen verbunden, die in der U-förmigen Ausnehmung der Polstücke 71 und 73 untergebracht sind. Der Mittelteil des Spulenkörpers ist hohl, um einen Anker 20 aufzunehmen. Der Anker 20, der unter Bezugnahme auf Fig. 3a, 3b und 3c noch im einzelnen erläutert werden wird, ist ein zusammenhängendes Bauteil. Der betreffende Anker 20 enthält einen Ankerkörper 21, dessen

309829/0722

Endteile in den Spalten zwischen den Polflächen 72 und 74 liegen. Der Ankerkörper 21 ist an zwei Torsionsstreifen 22 schwenkbar angebracht, die jeweils an einem Arm von zwei Armen 24 längs der jeweiligen Kante des Ankerkörpers 21 enden. Ein Ende des Ankerkörpers 21 trägt einen Ankeransatz 23, der rechtwinklig zu dem Anker 20 verläuft. Die Arme 24 werden mit dünnen Beilagen 25 versehen, woraufhin die Anordnung in ihrer Lage zwischen den Polflächen 72 und 74 festgeklemmt wird. Die Beilagen 25 bestehen aus einem nichtmagnetischen Material, wie aus Messing; sie dienen dazu, die geforderten Zwischenräume bzw. Spalte zwischen dem Ankerkörper 21 und den Polflächen 72 und 74 aufrechtzuhälten.

Ein Verbindungsstreifen bzw. -bügel 100 trägt zwei Verstärkungsflansche 102 an jeder Kante des mittleren Teiles. Das eine Ende 101 des Verbindungsstreifens 100 ist durch Punktschweißung an dem Ankeransatz 23 befestigt. Das andere Ende 103 des Verbindungsstreifens 100 erstreckt sich durch das in der Membran 10 enthaltene Befestigungsloch 13 hindurch; es wird an dieser Stelle mit einer Epoxyharzpille 15 festgeklebt. Ein nichtmagnetisches elastisches Material, wie eine Kupfer-Beryillium-Legierung, eignet sich für die Herstellung des Verbindungsstreifens 100.

Neben den betrachteten Elementen ist noch eine Rückplatte 30 aus einem thermoplastischen Material vorgesehen, die grundsätzlich aus einem Rand 35 und einem mittleren hochstehenden Teil 36 besteht. Eine in dem Rand 35 enthaltene Ausnehmung 31 wirkt mit der vertikalen Ausnehmung .52 zusammen, um die Leitungen 61 zu zwei Anschlußklemmen 63 hin zuleiten. Die Anschlußklemmen 63 sind in dem hochstehenden Teil 36 befestigt, durch den sie im übrigen hindurchlaufen. Die Anschlußklemmen

30982970722

enthalten jeweils eine Aufnahmeöffnung 64. Die Leitungen 61 werden jeweils durch eine Aufnahmeöffnung 64 gezogen. Die Rückplatte 30 wird auf den Klemmring 17 aufgebracht. Eine Schulter 32 neben der Unterseite des Randes 35 zentriert die Rückplatte 30 auf dem Klemmring 17, wobei die Unterseite des Randes 35 auf dem Klemmring 17 aufliegt. Die Oberkante der Seitenwand 6 ist nach innen umgebogen, um an der Oberseite des Randes 35 anzuliegen. Auf diese Weise wird die gesamte Anordnung fest zusammengehalten. Die Leitungen 61 werden schwach gespannt, um jegliches Durchhängen der betreffenden Leitungen zu beseitigen. Sodann werden die Leitungen 61 in den Aufnahmeöffnungen 64 angelötet. In den Anschlußklemmen vorgesehene Schrauben 65 dienen zur Anbringung von äußeren Leitungen. Eine in dem hochstehenden Teil 36 vorgesehene Öffnung 38 nimmt eine akustische Widerstandsscheibe 62 auf, die durch eine Innenschulter 39 in der Öffnung 38 entsprechend eingestellt wird. Gemäß einer Ausführungsform besteht die akustische Widerstandsscheibe 62 aus gesintertem rostfreiem Stahl. Um die Scheibe 62 an der entsprechenden Stelle zu befestigen, wird sie erwärmt und dann in die Öffnung 38 eingedrückt. Das thermoplastische Rückplattenmaterial fließt durch die Berührung mit der erwärmten Scheibe 62 in die Oberfläche der aus gesintertem rostfreien Stahl bestehenden Scheibe 62 hinein, wodurch die betreffende Scheibe 62 in ihrer Lage fixiert ist. Auf diese Weise ist der Innenraum des Wandlers durch den akustischen Widerstand 62 und die Kunststoffmembran 60 abgedichtet.

Im folgenden seien die Fig. 3a, 3b und 3c betrachtet. Der Anker 20 stellt ein zusammenhängendes Bauteil dar; er enthält den Körperteil 21, der über die beiden Torsionsstreifen 22 mit den beiden Armen 24 verbunden ist. Der an einem

309829/072

Ende des Ankerkörpers 21 getragene Ankeransatz 23 verläuft rechtwinklig zur Ebene des Ankers. Der Verbindungsstreifen ' bzw. -bügel 100 mit den flexiblen-Endteilen 101 und 103 dient dazu, den Anker 20 mit der Membran. 10 zu verbinden, wie dies in Fig. 1 und 2 gezeigt ist» Das eine Ende 101 des Verbindungsstreifens 100 ist dabei durch Punktschweißung mit dem Ankeransatz verbunden. Der Verbindungsstreifen enthält zwei Verstärkungsflansche 102, die im mittleren Bereich des betreffenden Verbindungsstreifens längs dessen Kanten vorgesehen sind, und zwar in gleichen Abständen von der Oberseite des Ankers und zwei Schultern 104. Ein Teil des anderen Endes 103 des Verbindungsstreifens 100 erstreckt sich über die beiden Schultern 104 hinaus; er dient zur Verbindung bzw« zum Verkleben der Membran mit dem Verbindungsstreifen 100. Nahe des Endes des Ankerkörpers 21 ist neben dem .Verbindungsstreifen ein Erleichterungsloch 26 vorgesehen, welches dazu dient, das Massengleichgewicht des Ankers 20 und des Verbindungsstreifens um die Achse der Torsionsstreifen 22 zu verbessern. Die ■Endanordnung des Ankers 20 und des Verbindungsstreifens 100 enthält zwei U-förmige, nichtmagnetische Abdeckungen 25, die über die Arme 24 greifen. Die Abdeckungen dienen dabei zur Schaffung von Zwischenräumen bzw. Spalten zwischen den PoIflachen JZ und 74, wie dies in Fig. 2 veranschaulicht ist.

Bei dieser Anordnung besteht der Anker 20 aus einem Werkstoffblech mit einer hohen magnetischen Permeabilität, wie*PERMALLOY, und zwar in einer Dicke zwischen 0,014 und 0,015 Zoll. Die Abdeckungen sind aus etwa 0,005 Zoll dickem Messingblech gebildet. Auf diese Weise ist zwischen den unteren Und oberen Seiten der Endteile des Ankerkörpers 21 und den Polflachen 72 und 74 ein etwa 0,005 Zoll breiter Spalt gebildet. Der Verbindungsstreifen 100 ist aus."einem Kupfer-Beryllium-Legierungsblech hergestellt, das eine Dicke von etwa 0,005 Zoll

309829/0722

besitzt. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß der zur Verbindung des Verbindungsstreifens 100 mit dem Ankeransatz 23 angewandte Punktschweißyorgang wirtschaftlich ist und leicht gesteuert werden kann, um Punktschweißverbindungen mit konstanter Qualität zu erzielen. Der Punktschweißbereich ist relativ klein im Vergleich zu der Umgebungsfläche des einen Endes 101 des Verbindungsstreifens und des Ankeransatzes 23. Die Umgebungsfläche wirkt in vorteilhafter Weise während des Punktschweißvorgangs als ein zur Wärmeabsenkung führendes Kühlelement.

Das Arbeitsprinzip von Wandlern mit symmetrischem Anker ist bekannt. Daher werden im Zuge der folgenden Beschreibung der Arbeitsweise der in Fig. 1 bis 3 als Ausführungsbeispiel dargestellten Anordnung lediglich die vorteilhaften Eigenschaften im Hinblick auf bekannte Einrichtungen herausgearbeitet werden.

Auf dem Gebiet der Fernsprechtechnik sind gleichbleibende.,, . , Qualität, ein hoher Grad an Lebensdauer-Zuverlässigkeit und eine wirtschaftliche Herstellung von primärer Bedeutung, Demr gemäß wird beim prkatischen Wandlerbau im Hinblick auf die obigen Forderungen eine etwas geringere Leistung als die höchste erzielbare Leistung in Kauf genommen. Der hier beschriebene Empfänger bringt einen einzigartigen Ausgleich zwischen den obigen Forderungen mit sich. Er zeigt einen . ,,.. verbesserten Frequenzgang im Vergleich zu anderen Empfängern mit symmetrischem Anker, die unter entsprechenden Bedingungen, arbeiten, während er andererseits einen kleinen Vorteil hinsichtlich des Wirkungsgrads bzw. Leistung gegenüber dem oben, erläuterten Ringanker-Empfänger mit sich bringt.; ,

309829/0722

Beim Betrieb des Wandlers als Empfänger bzw. Empfangseinrichtung werden sich ändernde elektrische Signale an die Spule 29 abgegeben. Der dadurch auftretende Spulenstrom ruft Änderungen in dem magnetischen Fluß zwischen den Polflächen 72 und 74 hervor und bewirkt damit in bekannter Weise eine Mitschwingbewegung des schwenkbar gelagerten Ankers. Die Bewegung des Ankers 20 wird über den Ankeransatz 23 und die an dem einen Ende. 101 vorgesehene Punkt schweißung auf den Verbindungsstreifen 100 übertragen. Diese Bewegung umfaßt in wünschenswerter Weise eine Längsbewegung und eine in unerwünschter Weise zugehörige Querbewegung, die durch die Ankerschwerikbewegung hervorgerufen worden ist. Die Längsbewegung wird durch den Verbindungsstreifen 100 auf die Membran 10 übertragen. Der größte Anteil der Querbewegung wird durch die Biegung des Verbindungsstreifens 100 in dem Bereich des einen Endes 101 absorbiert, an dem der betreffende Verbindungsstreifen außer Kontakt mit dem Ankeransatz 23 ist. Der übrige Teil der Querbewegung wird im Bereich des anderen Endes 103 zwischen den Schultern 104 und den oberen Enden der Verstärkungsflansche 102 absorbiert.

Durch die Bewegung der Membran 10 im Zusammenwirken mit der Längsbewegung des Ankers 100 hervorgerufene Schallwellen werden durch die Atmosphäre in der Kammer 1 und durch die akustisch transparente Membran 60 sowie durch die Öffnungen 2 hindurch geleitet. Das Nebenloch 14 bewirkt eine Modifizierung des Frequenzgarigs des Empfängers in der Weise, daß zumindest eine 6-dB-Dämpfung pro Oktave in dem unterhalb von etwa 425 Hz liegenden Teil des Durchlaßbereichs erzielt ist« Diese· Dämpfung verläuft etwa umgekehrt zu der Übertragungskurve einer typischen Fernsprechleitung, und damit ist verhindert, daß in dem Empfänger ein hohler Ton auftritt, t/enn der betreffende Empfänger als Fernsprechempfangseinrichtung benutzt wird.

309829/07 22

Die Kammer 1 schließt in Verbindung mit der Rückplatte 30 und dem akustischen Widerstand 62 einen Raum ein, der durch die Membran 10 wirksam geteilt ist. Demgemäß ist ein Kopplungsraum zwischen der Membran 10 und der Öffnung 2 begrenzt, innerhalb desser^iie symmetrische Anker antriebsanordnung befestigt ist. Auf der anderen Seite der Membran 10 ist ein Dämpfungsraum vorgesehen, der durch die Membran 10 und die den akustischen Widerstand 62 tragende Rückplatte 30 begrenzt ist.

Bei dieser Ausführungsform beträgt das Volumen des Dämpfungsraums etwa 1 cm , und das Volumen des Kopplungsraums beträgt etwa 3,4 cm . Das Volumen des Kopplungsraums reicht dabei aus, um die Impedanz der Empfangseinrichtung derart zu verringern, daß Änderungen in der akustischen Kopplung zwischen der Membran 10 und dem Benutzer_ohr einen verminderten Einfluß auf den Frequenzgang haben. Der Dämpfungsraum bewirkt eine Dämpfung zwecks Kompensation der Eigenresonanzfrequenz der Membran- und Ankeranordnung, so daß der Wandler einen relativ gleichförmigen Frequenzgang besitzt.

Bei typischen bekannten Empfangseinrichtungen mit schwenkbar gelagertem Anker ist das Volumen des Kopplungsraums kleiner als das des Dämpfungsraums. Bei den meisten praktischen Ausführungsformen der vorliegenden Empfangseinrichtung mit "umgekehrtem" symmetrischem Anker für den Einsatz in Fernhörern ist das Volumen des Kopplungsraums zumindest dreimal größer als das des Dämpfungsraums. Das relativ große Volumen des Kopplungsraums führt wirksam zu einem Wandler mit einer relativ niedrigen akustischen Quellimpedanz. Dies führt somit dazu, daß der Frequenzgang über einen Bereich physikalischer Kopplungsbedingungen mit dem Benutzer^ohr wesentlich besser konstant ist als bei bisher bekannten Empfangseinrichtungen

309829/0722

mit schwenkbar gelagertem Anker... -.-.;-■ . -.

In Fig.. 4a und. 4b ist der Frequenzgang einer für den Einsatz in einem Fernhörer geeigneten Empfangseinrichtung mit "umgekehrtem" symmetrischem Anker im Vergleich zu dem Frequenzgang irgendwelcher anderer Empfangseinrichtungen gezeigt. Bei der .... graphischen Darstellung der in Fig. 4a und 4b gezeigten.. Kurven ist ein künstliches Ohr verwendet worden, wie es unter der Typenbezeichnung 4153 von der Firma Bruel und Kjaer, Naerum, Dänemerk, hergestellt wird. In jedem Kurvendiagramm ist längs der Horizontalachse die Frequenz in Hz aufgetragen, und längs der Vertikalachse sind jeweils Decibel-Werte aufgetragen.

In Fig. 4a zeigt die Kurve A den Frequenzgang·einer Empfangseinrichtung mit "umgekehrtem" symmetrischem Anker gemäß dem ·. Ausführungsbeispiel. Die Kurve. B zeigt eine Auslenkung oder Einsenkung der Kurve A-, womit der typische Effekt veranschaulicht sein soll* der bei Verwendung eines, festen Verbindungsgliedes-.■-. bei dem Ausführungsbeispiel auftritt. Dieser Effekt ist allgemein bekannt, und sein Auftreten ist in jedem einen schwenkbar gelagerten Anker verwendenden Wandler mit einem festen Verbindungsglied zu erwarten. Bei: einer Empfangseinrichtung» wie ^s sie oben generell erläutert worden ist, die jedoch ein festes Verbindungsglied aufweist, würde die Einsenkung zwischen etwa 2800 Hz und,3000 Hz auftreten. Die. Lage dieser Ein- ^: \ Senkung ändert sich dabei etwas im Hinblick auf die physikalischen Abmessungen der verschiedenen mit schwenkbarem Anker ausgerüsteten Wandler; Die Anwendung einer Verbindung-sanard- ^: nung gemäß der Erfindung.beseitigt diese·Einsenkung "vollständig; sie führt zu . e.inem sehr· zuverlässigen Verbindungsglied,'aas ■' wirtschaftlich herstellbar, ist;· d^C ■··; "■.■■;·; - ■-■- ;.·■ ^:;"-:: '■■..■■. -..-. .'.;■;-■■

Die Kurve C zeigt den Frequenzgang einer typischen Ringanker-Empfangseinrichtung, wie aie in weitem Umfang in ■ c Fernhörern benutzt wird. Die Kurve C ermöglicht einen Vergleich zwischen dem Frequenzgang der Empfangseinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel und einer typischen Ringanker-Empfangseinrichtung. Beim Vergleich der Kurven A und C zeigt sich, daß ein kleiner Unterschied in der gesamten akustischen Qualität der Empfangseinrichtungen vorhanden ist. Die gesamte Frequenzcharakteristik bzw. der Gesamtfrequenzgang der Empfangseinrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel macht diese Empfangseinrichtung besonders attraktiv als wirtschaftlichen Ersatz für die im allgemeinen verwendete Ringanker-Empfangseinrichtung.

in Fig. 4b ist der Frequenzgang der Empfangseinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel durch die Kurve D veranschaulicht, während der B'requenzgang einer herkömmlichen Empfangseinrichtung mit symmetrischem Anker durch die Kurve E veranschaulicht ist. In diesem Fall ist jedoch ein 0,12-Zoll-Luftspalt zwischen der jeweiligen Empfangseinrichtung und dem künstlichen Ohr beibehalten worden, um eine typische lose Kopplung zwischen dem Benutzerohr und der Empfangseinrichtung zu simulieren. Im Frequenzbereich zwischen etwa 1000 Hz und 2800 Hz zeigt sich eine erhebliche Verbesserung in dem Frequenzgang der Empfangseinrichtung mit "umgekehrtem" symmetrischem Anker im Vergleich zu der herkömmlichen Empfangseinrichtung mit symmetrischem Anker. Bei Benutzung der herkömmlichen Empfangseinrichtung bemerkt man eine überwiegend blecherne oder schwache Tonqualität im Zustand loser Kopplung. Bei Anwendung der "umgekehrten" Empfangseinrichtung bemerkt man zwar einen Lautstärkeabfall zwischen i'estei· und loüör Kopplung; diü Tonqual it/it Lit jodot.h re'i Mv konstant und angenehm.

30982 9/07 22

Obwohl hauptsächlich im Hinblick auf Anwendungsfälle bei Fernhörer-Empfangseinrichtungen das Ausführungsbeispiel der Empfangseinrichtung beschrieben worden ist, dürfte einzusehen sein, daß die hier angegebenen Prinzipien der Konstruktion der Verbindungsanordnung in entsprechender Weise auf sämtliche elektroakustischen Wandler vom Schwenkankertyp ausdehnbar sind. Die Prinzipien der Konstruktion von Wandlern mit "umgekehrter" Membran sind im übrigen bei jedem Wandler mit einer Membran anwendbar, bezüglich welcher die Forderung bestehen kann, sie unter variablen Kopplungsbedingungen zu betreiben.

309823/0722

Claims (5)

1. Patentansprüche

   (1/ Elektroakustischer Wandler mit einem schwenkbar gelagerten Anker, mit einer akustischen Membran, die längs ihres Umfangs fest angeordnet ist und die mit einem Mittelteil in Längsrichtung verschiebbar istjmd mit einem Verbindungsglied, welches den Mittelteil der Membran mit dem Anker verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsglied einen Ankeransatz (23) enthält, der senkrecht zu dem Anker (20) verläuft und der eine relativ große flache Oberfläche aufweist, die mit der Längsachse der Membran (10) nahezu in einer Ebene liegt, daß ein flexibler Verbindungsstreifen (100) vorgesehen ist, der längs seines Mittelteils eine Versteifung (102) aufweist, durch die ein relativ steifer Mittelteil und flexible Endteile (101, 103) gebildet sind, daß der eine flexible Endteil (101) des Verbindungsstreifens (100) an dem Ankeransatz (23) durch Punktschweißung angeschweißt ist, daß der andere flexible Endteil (103) des Verbindungsstreifens (100) an dem Mittelteil der Membran (10) angebracht ist und daß der Gesamtaufbau und die Gesamtanordnung so getroffen sind, daß eine Kopplung der Längsbewegung zwischen der Membran (10) und dem Anker (20) durch den Verbindungsstreifen (100) erfolgt, während eine durch die Schwenkwirkung des Ankers (20) dabei hervorgerufene Querbewegung durch die flexiblen Endteile (101, 103) des Verbindungsstreifens (100) in den Bereichen zwischen der Membran (1O) und der Versteifung (102) sowie zwischen dem Punktschweißbereich (15) und der Versteifung (102) weitgehend absorbiert ist.
2. 2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankeransatz (23) von der Membran (10) derart wegläuft, daß

   309829/0 7 22

   die Länge des VerbindungsStreifens (100) zwischen der Membran (20) und dem Ankeransatz (23) langer ist als der Abstand zwischen der Membran (10) und dem Anker (20).
3. 3. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifung (102) zwei■parallele Versteifungsflansche (102) längs gegenüberliegender Kanten des Mittelteiles des Verbindungsstreifens (100) aufweist. .
4. 4. Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsstreifen (100) aus einem Werkstoffblech einer Kupfer-Berryllium-Legierung gebildet ist.
5. 5. Wandler nach Anspruch 2, wobei der Anker in einer elektromechanischen Wandleranordnung mit zwei Magnetpolstücken untergebracht und als zusammenhängendes Bauteil aus einem Materialblech hergestellt ist, welches eine hohe magnetische Permeabilität besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (20) einen Körperteil (21) mit zwei breiten Endteilen aufweist -, die zu einem schmaleren Mittelteil zusammenlaufen, daß der eine" Endteil ein Erleichtungerungsloch (26) aufweist, daß der Körperteil (21) den Ankeransatz (23) trägt, der mit dem Ende eines in der Ebene des Ankers (20) liegenden schmalen Vorsprungs zusammenhängt, daß zwei Torsionsstreifen (22) seitlich von gegenüberliegenden Kanten des schmalen Mittelteiles des Körperteils (21) in der Schwenkungsachse des betreffenden Körperteiles (21) abstehen, daß zwei Tragarme (24) vorgesehen sind, die jeweils einen der Torsionsstreifen (22) abschließen und die senkrecht zu den Torsionsstreifen (22) verlaufend sich über die Länge des Körperteiles (21) neben jeweils einer Körperteilkante erstrecken, und daß die Anordnung so ausgebildet und getroffen ist, daß die Enden der Tragarme (24)

   3098 29/07 22

   zusammen mit Lager-Abstandsgliedern (25) zwischen U-förmigen Bereichen der Polstücke (71,73) festgeklemmt sind, wobei die Lager-Abstandsglieder (25) Luftspalte zwischen den U-förmigen Teilen der Polstücke (71,73) und den Enden des Ankerkörpers (21) für die Ausführung einer Schwenkung des Ankerkörpers (21) um die Torsionsstreifen (22) festlegen.

   309829/0 7 22

   Leerseite