DE2808578C3 - Elektrodynamischer Lautsprecher - Google Patents
Elektrodynamischer LautsprecherInfo
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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 sicS aus der
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
M 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 magnetii-rhen Feld herausbewegt. 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 odei zusammenge
schweißt sind oder in Form eines einstückigen
Aluminiumrings ausgebildet Wenn die Schwingspule auf einen elektrisch leitenden Spulenkörper aufgewikkelt ist, können die Kurzschlußringe 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 Schwingspulc an wenigstens einem
ir.rci F.nden gebildet wird.
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, d;e die Abhängigkeit der
Flußdichteverteilüng 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 kegeistumpfförmieen
Korb 1 aufweist, an dessen Unterteil eine Peraanentmagneteinheit 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 de.r 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 1 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 angeordnet,
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
Aiuminiumringe ausgebildet sein, die ebenfalls mit dem Schwingspulenkörper verklebt sind. Der Schwingspulenkörper
kann zweckmäßigerweise auch aus Aluminium hergestellt sein, in welchem Falle die Kurzschlußringe
einstückig mit ihm verbunden sind. Wenn einer der Kurzschlußringe durch dij Bewegung der Schwingspule
mehr oder weniger in das Magnetfeld im Luftspalt hineinbewegt wird, verursacht er eine beträchtliche,
gegenüber bekannten Systemen vergrößerte magneti-εαιε
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 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 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 Ausfährungsbeispiele
dargestellt, bei denen der Kurzschlußring die Form einer Spule hat, deren Wicklung an den Endpunkten
kurzgeschlossen ist In diesen Fluren sind die Kurzschlußspulen mit 21,22 und 23 bezeichnet In aiien
drei Figuren ist die Schwingspule mit 24 und der Schwingspulenkörper mit 25 bezeichnet Bei dem
Ausführungsbeispiel gemäß Fig.5 besteht die Kurzschlußspüie
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 Fig.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, !n
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
3.2 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 Kurzschiußwicklung 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 beireffenden Windungen dann in dem Bereich der fehlenden Isolation
miteinander verlötet oder in anderer Weise 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 .iie Wirkung der erfindungsgemäßen
Anordnung an Hand einiger Rechenbeispiele demonstriert. Es wird hierbei auf das Ersatzschaltbild
gemäß Fig.2 Bezug genommen, wobei folgende Zuordnungen angenommen sind:
R\ entspricht dem durch die magnetische Dämpfung bedingten mechanischen Widerstand.
C\ entspricht dem Kehrwert der Steifheit (Federungswiderstand) der Aufhängung.
Rj entspricht dem mechanischen Widerstand der
Aufhängung.
Cj entspricht dem Federungswiderstand der im
Lautsprechergehäuse eingeschlossenen Luft.
R) entspricht dem mechanischen Widerstand im
abgeschlossenen Volumen (Absorption).
Za, entspricht dem gegebenenfalls vorhandenen LuftauslaO aus dem Lautsprechergehäuse.
F entspricht der auf das bewegliche System einwirkenden Kraft.
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 (BI)1IR, wobei ödie FluOdichte in der augenblicklichen
Ringstellung ist. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben.
Der mechanische Widerstand auf Grund der magnetischen Dämpfung ist durch die Gleichung
- 12BL
Ns/m,
20
25
30
worin mit ß/der vorstehend erwähnte Kraftlinienfaktor und mit R der elektrische Widerstand der Schwingspule
bezeichnet ist.
Gewöhnlich gilt /?, > R2+ R3. Darüber hinaus ist die
Kraft F gegeben durch
F = e ·
worin e die angelegte Spannung ist.
Wie vorstehend erwähnt, ist der Kraftlinienfaktor 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 Wb/m2) und die Abhängigkeit des Kraftlinienfaktors Bl «ο
(in Wb/m) als eine Funktion der Spulenauslenkung im Luftspalt dargestellt.
Lage | Mechanischer | Beisp | Zusätzlicher | Gesamt |
Widerstand | durch die Ringe | wider | ||
ohne Ringe | bedingter | stand | ||
Widerstand | ||||
v.-...., | (NW 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 | |
iel 2 |
Aus Aluminium bestehende Kurzschlußringe mit einem Querschnitt von 2 mm :<
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 Luftspaits betrug 6 mm.
Mit den angegebenen Werten beträgt der Widerstand des Ringes R-0,0024 Ohm und der durch die magnetische Dämpfung bedingte mechanische Widerstand den
Wert (BI)*/R-f>2 B*. 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 | 025 | 9.9 | ||
62 | 1.0 | 7,2 | 3,0 | 10.2 | ||
3.2 | 1.0 | 4,2 | 5,0 | 9,2 | ||
1.1 | 1.0 | 2.1 | 5,0 | 7,1 | ||
0.2 | 1.0 | U | 5,0 | 6.2 |
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, der in
erfindungsgemäßer Weise ausgestattet ist. Ein Vergleich ergibt, daß durch die Erfindung ein zusätzlicher
durch die magnetische Dämpfung bedingter Widerstand erzieh 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 Kurzschlußspuie 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
B2I1
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 5 bezeichnet, erhält man
B1I7S - B2I2
A a
- B1IAa
Wenn man sich den Kurzschlußring als kurzgeschlossene Wicklung vorstellt, die η in Reihe geschaltete
Windungen aufweist, ist die Drahtfläche Λ/η und die
Gesamtlänge des Drantes / · n, so daß der äquivalente mechanische Widerstand den Wert
— σ - B2IAa
π
π
d. h. den selben Wert wie beim einstückigen Ring hat. hs
kann also der einstückige Ring auch in verschiedene in
ohne daß sich an dem angestrebten Effekt etwas ändert.
Claims (6)
1. EJektrodynamischer 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 I1 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 gekennzeicfiHet, daß die Kurzschlußwicklung (23)
aus mehreren Lagen eines aufgewickelten dünngewalzten Metallbandes (31) besteht
6. Lautsprecher nach Ansprach 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kur-ochlußring aus einer
Anzahl von kurzgeschlossenen Windungen der Schwingspule (11) an deren Enden besteht
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