DE2808578B2

DE2808578B2 - Elektrodynamischer Lautsprecher

Info

Publication number: DE2808578B2
Application number: DE2808578A
Authority: DE
Inventors: Tore Holmboe Moss Wiik
Original assignee: SEAS FABRIKKER 1500 MOSS NO AS
Current assignee: SEAS FABRIKKER 1500 MOSS NO AS
Priority date: 1977-03-01
Filing date: 1978-02-28
Publication date: 1982-12-02
Also published as: DK90378A; US4160133A; SE424946B; FR2382822A1; DE2808578A1; SE7802264L; DK143879B; DK143879C; GB1600689A; JPS53131026A; FR2382822B1; DE2808578C3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrodynamischen Lautsprecher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem elektrodynamischen Lautsprecher ist die auf das bewegliche System ausgeübte Kraft bekanntlich der an die Schwingspule angelegten Spannung und einem sogenannten Kraftlinienfaktor proportional und umgekehrt proportional der Impedanz der Schwingspule. Der Kraftlinienfaktor ist das Produkt aus der Drahtlänge der Spule und der Flußdichte im Luftspalt des Magnetsystems. Da die Schwingspule sich in dem Luftspalt bewegt, ergibt sich eine magnetische Dämpfung als Folge des gegeninduzierten Stroms in der Schwingspule. Die magnetische Dämpfung ist also eine Funktion des Kraftlinienfaktors, der dementsprechend eine Funktion der Lage der Spule im Magnetfeld ist. Damit sind sowohl die Antriebskraft als auch die magnetische Dämpfung Größen, die von der Auslenkung des beweglichen Systems abhängen und dasselbe gilt für die Steifheit der Aufhängung dieses beweglichen Systems.

Demzufolge kommt es bei Kräften höheren Niveaus oft zu Einschwingverzerrungen bei niederen Frequenzen, insbesondere als Folge der bei großen Auslenkungen verringerten magnetischen Dämpfung. Insbesondere Baßreflexsysteme sind solchen Verzerrungen ausgesetzt und zwar wegen der stark verzögerten Auslen kung der Schwingspule bzw. des Konus wenn Impulsbetrieb herrscht

Aus der US-PS 31 93 627 ist eine Lautsprecheranordnung bekannt, bei der eine zusätzliche Dämpfung

dadurch erreicht wird, daß die Schwingspule auf einen Spulenkörper aus elektrisch leitendem Material aufgewickelt wird. Der erzielte Effekt ist jedoch von der Auslenkung unabhängig, womit die Anordnung mit dem obenerwähnten Nachteil behaftet ist der sich aus der

ίο verringerten magnetischen Dämpfung bei großen Auslenkungen ergibt Darüber hinaus ist aus der DE-OS 21 34 287 ein dynamischer Lautsprecher bekannt, der eine zusätzliche Spule mit frequenzabhängigem Kurzschluß aufweist Die Aufgabe dieser zusätzlichen Spule besteht darin, das Frequenzverhalten des Lautsprechers zu modifizieren, sie trägt jedoch nicht zur Beseitigung der obenerwähnten Nachteile bei.

Aus der FR-PS 8 64 516 ist ein Lautsprecher mit einer Schwingspule bekannt die an jedem Ende einen

Kurzschlußring aufweist Dabei ist die Spule kürzer als der Luftspalt so daß beide Kurzschlußringe in der normalen Position der Spule in dem Luftspalt angeordnet sind, so daß eine maximale Dämpfung bewirkt wird. Bei großen Auslenkungen wird die dämpfende Wirkung jedoch vermindert, weil einer der Kurzschlußringe sich dann aus dem Luftspalt und somit aus dem magnetischen Feld herausbewe^t Durch die derartige Anordnung der Kurzschlußringe soll bewirkt werden, daß die verminderte Dämpfung die Zunahme der Gegenkraft ausgleicht die durch die sich zunehmend auswirkende Federkraft der Aufhängung des Lautsprechers bewirkt wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgegenüber darin, einen Lautsprecher anzugeben,

bei dem Verzerrungen dadurch vermieden werden, daß die magnetische Dämpfung bei großen Auslenkungen vergrößert wird.

Diese Aufgabe wird durch einen elektrodynamischen Lautsprecher der eingangs erwähnten Art gelöst der

durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gekennzeichnet ist

Gemäß vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung sind die Kurzschlußringe in Form eines Kupferdrahtes, dessen Enden zusammengelötet oder zusammenge-

« schweißt sind oder in Form eines einstückigen Aluminiumrings ausgebildet Wenn die Schwingspule auf einen elektrisch leitenden Spulenkörper aufgewikkelt ist können die Kurzschlußrinße gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung einstückig mit dem Spulenkörper verbunden sein.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung, die einfach und billig herzustellen ist besteht darin, daß der Kurzschlußring durch eine Spule gebildet wird, die eine Reihe von elektrisch leitenden Windungen aufweist und deren Enden kurzgeschlossen sind Eine derartige »Kurzschlußspule« hat den Vorteil, daß sie aus dem üblichen flexiblen Wicklungsdraht aus elektrisch leitendem Material hergestellt werden kann und daß der Kurzschluß durch Verlöten oder durch eine andere Art von Verbindung der Drahtenden hergestellt werden kann, ohne daß exakte Herstell- und Anpassungsmaßnahmen erforderlich sind, wie dies bei der Verwendung eines massiven Rings der Fall ist. Eine ganz besonders einfache Ausführungsform ergibt sich dann, wenn der Kurzschlußring durch eine Reihe von kurzgeschlossenen Wicklungen der Schwingspule an wenigstens einem ihrer Enden gebildet wird. Nachstehend wird die Erfindung an Hand einer Reihe

von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 den schematischen Querschnitt durch die eine Hälfte eines erfindungsgemäß ausgestatteten elektrodynamischen Lautsprechers,

F i g. 2 das elektromechanische Ersatzschaltbild eines elektrodynamischen in einem geschlossenen Lautsprechergehäuse angeordneten Lautsprechers,

F i g. 3 und 4 Diagramme, die die Abhängigkeit der Flußdichteverteilung im Luftspalt des Magnetsystems und des Kraftlinienfaktors von der Lage der Schwingspule im Magnetfeld wiedergibt,

F i g. 5 eine Kurzschlußspule mit zusammengelöteten Enden,

F i g. 6 eine Kurzschlußspule, deren Enden mit einem elektrisch leitenden Spulenkörper verbunden sind,

F i g. 7 eine Kurzschlußspule, die aus mehreren Lagen eines aufgewickelten flachen Metallstreifens besteht

Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 ist in schematischer Darstellungsweise die eine Hälfte eines Lautsprechers gezeigt, der einen kegelstumpfförmigen Korb 1 aufweist, an dessen Unterteil eine Permanentmagneteinheit befestigt ist, die aus einem ringförmigen Magneten 2 besteht, an dessen Enden z. B. durch Kleben eine obere Platte 3 und eine untere Platte 4 befestigt sind, die beide aus einer geeigneten Stahllegierung bestehen. Die untere Platte 4 ist mit einer mittigen öffnung versehen, in die ein Polstück 5 eingeführt und dort befestigt ist Das Polstück 5 ist zylindrisch ausgebildet, so daß ein ringförmiger Luftspalt zwischen dqr oberen Platte 3 und diesem Polstück entsteht Das eine Ende eines rohrförmigen und in diesem Falle zylindrischen Schwingspulenkörpers 6 ragt in diesen Luftspalt hinein. Das andere Ende des Schwingspulenkörpers ist an der kegelstumpfförmigen Membran bzw. Konus 7 befestigt, der seinerseits elastisch im Lautsprecherkorb I aufgehängt ist Zu der Aufhängung trägt eine flexible, ringförmige Zentrierscheibe 8 bei, die mit ihrer Innenkante am Lautsprecherkorb befestigt ist

Die Membran ist außerdem an ihrem äußeren Ende mit dem Lautsprecherkorb verbunden, z. B. mit Hilfe eines elastischen Körpers 9 oder eines Ansatzes an dem Konus. Auf Grund dieser Aufhängung kann der Schwingspulenkörper sich innerhalb des Luftspalts in beiden Richtungen des Pfeils Xbewegen. Wie außerdem dargestellt, ist die Membran an ihrem inneren Ende mit einer Staubabdeckung 10 versehen. An der Außenseite des Schwingspulenkörpers 6 und zwar auf dessen unterem Teil entsprechend der Ausrichtung gemäß F i g. 1 ist eine Schwingspule 11 angebracht, die eine geeignete Anzahl von Windungen aufweist Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist an jedem Ende der Schwingspule ein Kurzschlußring 12 bzw. 13 angeoiunet, dessen Aufgabe es ist die magnetische Dämpfung bei großen Auslenkungen der Schwingspule zu vergrößern. Die Kurzschlußringe bestehen aus elektrisch gut leitendem Material und können beispielsweise ein Ring aus an den aneinandergrenzenden Enden zusammengelötetem Kupferdraht sein und beispielsweise mit dem Schwingspulenkörper verklebt sein. Kurzschlußringe einer alternativen Ausführungsform können als gefräste Aluminiumringe ausgebildet sein, die ebenfalls mit dem Schwingspulenkörper verklebt sind. Der Schwingspuienkörper kann zweckmäßigerweise auch aus Aluminium hergestellt sein, in welchem Falle die Kurzschlußringe einstückig mit ihm verbunden sind. Wenn einer der Kurzschlußringe durch die Bewegung der Schwingspule mehr oder weniger in das Magnetfeld im Luftspalt hineinbewegt wird, verursacht er eine beträchtliche, gegenüber bekannten Systemen vergrößerte magnetische Dämpfung.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist an jedem Ende der Schwingspule ein Kurzschlußring angeordnet Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, nur an einem Ende der Schwingspule einen Kurzschlußring vorzusehen. Kurzschlußringe können entweder direkt ίο an den Enden der Schwingspule oder aber unter Einhaltung eines Abstandes angeordnet sein.

Die Anschlußdrähte der Schwingspule sind in üblicher (nicht dargestellter) Weise der Spule entlang und durch geeignete Löcher in der Membran geführt und is schließlich mit Anschlußelementen am Lautsprecherkorb verbunden. Der obere Kurzschlußring hat in diesem Fall geeignete Durchführungsöffnungen für die Anschlußdrähte aufzuweisen.

In den Fig.5 bis 7 sind Ausführungsbeispiele dargestellt bei denen der Kurzschlußring die Form einer Spule hat deren Wicklung an den Endpunkten kurzgeschlossen ist In diesen Figuren sind die Kurzschlußspulen mit 21,22 und 23 bezeichnet In allen drei Figuren ist die Schwingspule mit 24 und der Schwingspulenkörper mit 25 bezeichnet Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.5 besteht die Kurzschlußspule 21 aus relativ dünnem Draht 26, dessen Enden bei 27 miteinander verlötet sind. Ein möglicher Übergangswiderstand an der Verbindungsstelle ist dann relativ klein im Verhältnis zum Gesamtwiderstand der Spule.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 6 besteht die Spule ebenfalls aus relativ dünnem Draht 28, ein Kurzschluß ist hier jedoch dadurch erreicht, daß die Drahtenden, beispielsweise durch Löten bei 29 und 30 mit dem Schwingspulenkörper verbunden sind. In diesem Falle besteht der Schwingspulenkörper aus elektrisch leitendem Material.

Die Kurzschlußspule kann auch aus dünngewalzten, rechteckigen Schichten 31 elektrisch leitenden Materials bestehen, wie dies in F i g. 7 gezeigt ist. Das Ende der äußersten Schicht ist hier durch eine Lötverbindung 32 mit dem elektrisch leitenden Schwingspulenkörper 25 verbunden. Ein zufälliger oder beabsichtigter Kurzschluß zwischen den einzelnen Lagen beeinflußt die Wirkung der Kurzschlußwicklung nicht.

Wie vorstehend angedeutet, kann eine Kurzschlußwicklung bzw. können Kurzschlußwicklungen auch in einfacher Weise dadurch erzeugt werden, daß eine Anzahl von Windungen der Schwingspule an einem oder an beiden der Enden kurzgeschlossen werden. Nimmt man beispielsweise eine zweilagig gewickelte Schwingspule an, so kann eine Kurzschlußwicklung dadurch erzeugt werden, daß die Isolation auf den Windungen der äußersten Schicht ausgehend von dem betreffenden Spulenende über eine bestimmte Strecke (z. B. 2-3 mm) entfernt wird und daß die betreffenden Windungen dann in dem Bereich der fehlenden Isolation miteinander verlötet oder in anderer Wei&e elektrisch miteinander verbunden werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist demnach die Kurzschlußwicklung mit der Schwingspule selbst elektrisch verbunden, es ist jedoch auch möglich, eine Trennung von der Schwingspule vorzunehmen, wie dies bei den Ausführungsbeispielen gemäß den F i g. 5 - 7 der Fall ist.

Nachfolgend wird die Wirkung der erfindungsgemäßen Anordnung an Hand einiger Rechenbeispiele demonstriert. Es wird hierbei auf das Ersatzschaltbild

gemäß F i g. 2 Bezug genommen, wobei folgende Zuordnungen angenommen sind:

R] entspricht dem durch die magnetische Dämpfung bedingten mechanischen Widerstand.

L] entspricht der Masse des beweglichen Systems.

C] entspricht dem Kehrwert der Steifheit (Federungswiderstand) der Aufhängung.

Ri entspricht dem mechanischen Widerstand der Aufhängung.

Ci entspricht dem Federungswiderstand der im Lautsprechergehäuse eingeschlossenen Luft.

Rj entspricht dem mechanischen Widerstand im abgeschlossenen Volumen (Absorption).

Zi entspricht dem gegebenenfalls vorhandenen Luftauslaß aus dem Lautsprechergehäuse.

F entspricht der auf das bewegliche System einwirkenden Kraft.

Der mechanische Widerstand auf Grund der magnetisehen Dämpfung ist durch die Gleichung

Beispiel 1

Ein Kurzschlußring aus Kupfer von 0,9 mm Durchmesser wurde an jedem Ende einer Schwingspule angebracht, deren Länge 14 mm und deren Durchmesser 39 mm betrug. Die Höhe des Luftspaltes (in x-Richtung) betrug 6 mm. Die Länge der Kurzschlußringe betrug /= 0,12 mm und deren Widerstand R = 0,00324 Ohm. Der zusätzliche Widerstand ist dann (Bl)²1R, wobei B die Flußdichte in der augenblicklichen Ringstellung ist. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben.

Ns/m,

25

worin mit Blder vorstehend erwähnte Kraftlinienfaktor und mit R der elektrische Widerstand der Schwingspule bezeichnet ist.

Gewöhnlich gilt R] > R2 + R3. Darüber hinaus ist die Kraft F gegeben durch

worin e die angelegte Spannung ist.

Wie vorstehend erwähnt, ist der Kraftiinienfaktor Bl eine Funktion der Lage der Schwingspule im Magnetfeld im Luftspalt. In den Fig.3 und 4 sind typische Beispiele für die Verteilung der Kraftflußdichte B (in WbIm.²) und die Abhängigkeit des Kraftlinienfaktors Bl (in Wb /m) als eine Funktion der Spulenauslenkung im Luftspalt dargestellt.

Lage	Mechanischer	Zusätzlicher	Gesamt
	Widerstand	durch die Ringe	wider
	ohne Ringe	bedingter	stand
		Widerstand
	(Ns/m)	(Ns/m)	(Ns/m)
0	22,4	0,2	22,6
± 2	20,1	0,3	20,4
± 4	16,7	0,6	17,3
± 6	12,0	2,5	14,5
± 8	6,0	2,6	8,6
±10	2,2	1,9	4,1

Beispiel 2

Aus Aluminium bestehende Kurzschlußringe mit einem Querschnitt von 2 mm χ 0,7 mm werden bei einem 8" -Konus auf einem Spulenkörper aus Aluminium jeweils am Ende einer Schwingspule von 12 mm Länge und 39 mm Durchmesser angebracht Die Höhe des Luftspalts betrug 6 mm.

Mit den angegebenen Werten beträgt der Widerstand des Ringes /?=0,0024 Ohm und der durch die magnetische Dämpfung bedingte mechanische Widerstand den Wert (BI)²IR=Ga B². Der mechanische Widerstand (Ns/m) als Funktion der Lage der Schwingspule läßt sich in der nachfolgenden Tabelle darstellen:

Lage	0	Durch die	Durch den	Summe	Durch die	Summe
mm	± 2	Schwingspule	Spulenkörper	0 + 2)	Ringe	l) + 2) + 3)
	± 4	bedingter	bedingter		bedingter
	± 6	mechanischer	mechanischer		mechanischer
	± 8	Widerstand	Widerstand		Widerstand
±10	9,1	1,0	10,1	0,1	10,2
8,6	1,0	9,6	0,25	9,9
6,2	1,0	7a	3,0	10,2
3,2	1,0	*a	5,0	sä
1,1	1,0	2,1	5,0	7,1
0,2	1,0		5,0	6a

Aus Spalte 4 der obigen Tabelle (Summe 1) +2)) ersieht man den mechanischen Gesamtwiderstand eines konventionellen Lautsprechers, wogegen in Spalte 6 (Summe 1) +2) +3)) der mechanische Gesamtwiderstand eines Lautsprechers dargestellt ist, 4er in erfindungsgemäßer Weise ausgestattet ist Ein Vergleich ergibt, daß durch die Erfindung ein zusätzlicher durch die magnetische Dämpfung bedingter Widerstand erzielt wird, der einen wesentlichen günstigen Einfluß auf die Flankenwiedergabe, insbesondere von Baßreflexsystemen hat, so daß sich eine Verringerung von Niederfrequenzverzerrungen erzielen läßt Schließlich wird aufgezeigt, daß eine Kurzschlußspule entsprechend den obenstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen zum selben Effekt wie ein einstückiger Kurzschlußring führt Es wird zunächst ein Ring mit der Länge / und einer Querschnittsfläche A angenommen, der aus Material mit der Leitfähigkeit σ besteht Wie obenstehend angegeben, läßt sich der äquivalente mechanische Widerstand R\ angeben als

B²I²

wobei mit B die Flußdichte im Luftspalt des permanenten Magneten und mit R der ohmische Widerstand der Schwingspule bezeichnet ist. Wenn man die Leitfähigkeit mit S bezeichnet, erhält man

Ä, = B¹I¹S = B¹I¹

= B¹IAa

Wenn man sich den Kurzschlußring als kurzgeschlossene Wicklung vorstellt, die η in Reihe geschaltete Windungen aufweist, ist die Drahtfläche A/n und die

Gesamtlänge des Drahtes / · n, so daß der äquivalente mechanische Widerstand den Wert

= B²

σ = B¹IAa

ά. h. den selben Wert wie beim einstückigen Ring hat. Es kann also der einstückige Ring auch in verschiedene in Reihe miteinander geschaltete Ringe aufgeteilt sein, ohne daß sich an dem angestrebten Effekt etwas ändert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrodynamischer Lautsprecher mit einer an einer Membran befestigten und elastisch aufgehängten, im Luftspalt eines Magnetsystems von einer Neutralstellung aus in zwei entgegengesetzte Richtungen schwingfähigen Schwingspule, die an wenigstens einem Ende einen Kurzschlußring trägt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußring (12, 13, 21, 23) bezüglich des Mittelbereichs der Schwingspule (11, 24) so angeordnet ist, daß er sich außerhalb des Luftspalts des Magnetsystems (2,3,4,5) befindet, wenn die Schwingspule (11) ihre Neutralstellung einnimmt

2. Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußring (12,13) aus Kupferdraht oder Draht eines, anderen elektrisch leitfähigen Materials besteht, dessen benachbarte Enden miteinander verbunden sind.

3. Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußring (11,12) als einstückiger Ring aus Aluminium oder einem anderen elektrisch leitenden Material ausgebildet ist

4. Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußring aus einer Spule (21) besteht, die eine Reihe von Windungen (26, 28, 31) aus elektrisch leitendem Material aufweist, deren Enden kurzgeschlossen sind.

5. Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußwicklung (23) aus mehreren Lagen eines aufgewickelten dünngewalzten Metallbandes (31) besteht

6. Lautsprecher nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußring aus einer Anzahl von kurzgeschlossenen Windungen der Schwingspule (11) an deren Enden besteht