DE3024815A1

DE3024815A1 - Akustischer elektromagnetischer wandler, insbes. flaechiger lautsprecher

Info

Publication number: DE3024815A1
Application number: DE19803024815
Authority: DE
Inventors: James Melton White Bear Lake Minn. Winey
Original assignee: Magnepan Inc
Current assignee: Magnepan Inc
Priority date: 1979-01-24
Filing date: 1980-07-01
Publication date: 1982-02-11
Also published as: DE3024815C2; US4210786A

Description

Die Erfindung betrifft einen akustischen elektromagnetischen Wandler, insbesondere flächige Lautspreeher.

Elektromagnetische Lautsprecher, welche eine vibrierende Membran verwenden, sind als Ton- bzw. Klangerzeuger schon in den unterschiedlichsten Formen bekannt. Obwohl die Magnetstruktur derartiger Lautsprecher beträchtlich verändert worden ist, treten nach wie vor eine Reihe von Problemen auf.

In der US-PS 3 013 905 umfaßt die Magnetstruktur Keramikmagnete, die eine beträchtliche Größe aufweisen und vom Material her in ihrer Größe nicht verringert werden können. Als Ergebnis dessen müssen die Magnetbe¹-'· * -*- - *-*eit voneinander beabstandet sein und die Leiter auf der Membran müssen ebenfalls in gleicher Weise voneinander beabstandet sein. Als Ergebnis dessen können die auf die Membran ausgeübten Antriebskräfte nicht vergrößert bzw. maximiert werden.

In der US-PS 3 67¹J 9^6 besteht der Permanentmagnet aus einem kautschukabgebundenen Bariumferrit-Verbundmaterial, bei dem die Ferrit-Partikel während der Verarbeitung mechanisch orientiert und mit der Kautschuk- oder Kunststoffmatrix oder dem Bindemittel verbunden werden, damit sie in ihrer Stellung festsitzen. Das besondere magnetische Material ist unter dem Warenzeichen PLASTIFORM bekannt und wird von der 3M Company von Saint Paul, Minnesota, verkauft. Dieses Magnetmaterial ist in Blättchenform ausgebildet und kann derart mit Öffnungen versehen werden, daß das Magnetmaterial klangdureh3ässig ist; ebenfalls kann das Material in Streifen geschnitten werden, wie es in dem Patent offenbart ist und wie es auch nachfolgend in der späteren US-PS 3 919 499 gezeigt worden ist. Dieses PLASTIFORM-Material und andere flexible magnetische Materialien, wie z.B. das unter dem Warenzeichen KOROSEAL von der B.F. Goodrich Company, Akron, Ohio, hergestellte, besitzen jedoch keine

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ausreichende Koerzitivkraft, wie es unter Umständen von derartigen Lautsprechern gewünscht wird.

Des weiteren offenbart die US-PS 3 873 784 einen Wandler mit einer Membran, die einen Permanentmagneten einer Legierung von Eisen, Nickel, Aluminium oder Kobalt und vorzugsweise einem gesinterten Ferritmaterial verwendet. Die Verarbeitung derartiger gesinterter Materialien ist jedoch sehr schwierig, und sie können auch nicht leicht in kleinen Stücken verwendet werden,wodurch die gleichen Probleme wie in der US-PS 3 013 905 auftreten.

Kürzlich sind Magnete mit sehr hoher Koerzitivkraft in Größen hergestellt worden, die zur Verwendung in Magnetstrukturen mit leembranartigen Lautsprechern geeignet sind. Derartige Magnete umfassen Samariumkobaltmagnete, die in Polymermasse eingekapselt sind. Derartige Samariumkobaltmagnete sind ebenfalls gesintert, anstatt daß sie von einem Polymerbindematerial aufgenommen werden. Solche neuen Materialien besitzen eine viel größere Koerzitivkraft und magnetische Plußdichte als bisher erhältliche Materialien, jedoch sind solche neuen Materialien äußerst teuer, insbesondere für die Verwendung in membranart^ ^T "itsprechern, bei denen weite Membranbereiche untergebracht werden bzw. zusammenpassen müssen.

Die vorliegende Erfindung liefert nun einen Membranlautsprecher mit einer Magnetstruktur, die die magnetische Plußdichte im Spalt zwischen den Magneten und der Membran maximiert und zur gleichen Zeit die Kosten der Magnetfeldstruktur minimiert.

Die Magnetstruktur des Wandlers verwendet dabei eine Vielzahl von Magneten in Streifenform. Die aneinandergrenzenden Streifen bestehen aus unterschiedlichem magnetischem Material

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und weisen unterschiedliche Flußdichten auf. Z.B. kann ein Magnetstreifen aus einem mit Gummi oaer kautschuk gebundenem Bariumferrit-Verbundmaterial sein, dessen Flußdichte 1200 Gauss und dessen Koerzitivkraft l*l80 Oersted beträgt; die aneinandergrenzenden Magnetstreifen können völlig unterschiedliche magnetische Materialien umfassen, z.B. Samariumkobalt in einem Polymerbindemittel mit einer berechneten Flußdichte von etwa 5500 Gauss und einer Koerzitivkraft von 7500 Oersted. In einer weiteren Ausführungsform kann ein Satz der Magnetstreifen aus Bariumferrit in einem Keramikmagneten sein, der eine Flußdichte und eine Koerzitivkraft besitzt, die etwas größer ist als die des Kautschukverbundmaterials, und die angrenzenden Streifen können aus gesintertem Samariumkobalt gebildet sein, das eine größere Koerzitivkraft von l6000 Oersted und eine größere Flußdichte von 8OOO Gauss besitzt gegenüber dem Samariumkobalt im Polymerbindemittel.

Bei einem LautSprecher oder Wandler sind die Magnetstreifen auf einer magnetischen Unterlage,einer Eisenplatte oder einem Folienmetall angeordnet; wobei jeder der Magnetstreifen eines Materials an einen Magnetstreifen unterschiedlichen magnetischen Materials angrenzt. Vorzugsweise sind abwechselnd Streifen unterschiedlichen Materials angeordnet, erst das eine Material und danach das andere Material. Die Wirkung der Abwechslung der Streifenmagnete unterschiedlichen Materials soll die Flußdichte in den Spalten zwischen den Magneten und der Membran beträchtlich erhöhen; außerdem soll die Größenordnung der Membranbewegung und die Stärke des erzeugten Klanges bzw. Tons erhöht werden, ohne die Kosten der Magnetstruktur uuermäßig zu steigern.

Bei geeigneten Magnetstrukturen mit abwechselnden Magnetmaterialarten in benachbarten Streifen betrug die in den

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Spalten gemessene Flußdichte etwas weniger als die berechnete Flußdichte; jedoch war Me immer iwtn ....-.mo bedeutende Verbesserung.

Bei Verwendung von PLASTIPORM (gummigebundenes Bariumferrit), einem Keramikmagneten mit Rariumferrit und Samariumkobalt in einem Polymerbindemittel in verschiedenen Anordnungen, wurden folgende Flußdichten

nur PLASTIFORM 900 Clausu

nur Keramik 1300 Gauss

nur Samariumkobalt 2000 Gauss

1/2 PLASTIFORM, 1/2 Keramik 1100 Gauss 1/2 PLASTIFORM, 1/2 Saraariumkobalt 1300 Gauss 1/2 Keramik, 1/2 Samariumkobalt 1500 Gauss.

Bei beabstandeten und sich gegenüberliegenden Magnetstrukturen, bei denen die Membran in Sandwichform zwischen ihnen liegt, werden die verschiedenen Arten der Magnete aneinanderangrenzend auf der gleichen Seite der Membran angeordnet, oder aneinanderangrenzend auf den gegenüberliegenden Seiten der Membran, wobei Magnete gleichen Materials auf einer Seite der Membran zusammengestellt werden.

Im folgenden werden mehrere Ausführüngsbeispiele" in Verbindung mit den Figuren näher beschx'ieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines

erfindungsgemäßen Wandlers oder Lautsprechers;

Fig. 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht im

Detail, annähernd entlang der Linie 2-2 in

Fig. 1;

Fig.3 eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer Länge des Streifenmagneten;

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Fig. 4 eine Seitenansicht einer modifizierten Form eines erfindungsgetscIC.. "..'„..ilers;

Fig. 5 eine vergrößerte Schnittansicht im Detail, annähernd entlang der Linie 5-5 in Fig. 4, wobei zur Verdeutlichung von Einzelheiten Teile weggebrochen sind;

Fig. 6 eine vergrößerte Detailschnattansicht einer modifizierten Form der Erfindung; und

Fig.-7 eine vergrößerte Schnittansicht im Detail mit einer noch weiteren modifizierten Form der Erfindung.

In der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Form der Erfindung wird der Wandler allgemein durch die Ziffer 10 bezeichnet und umfaßt im wesentlichen einen festen Rahmen 11, der in Form eines Sandwiches zwischen einer perforierten und klangdurchlässigen Folienmetallplatte 12 aus galvanisiertem Eisen und einer eng anliegenden filmartigen Membran 13 angeordnet ist, die aus einer beliebigen Anzahl von Kunststoffilmen gebildet sein kann, z.B. ein Film, der unter dem Warenzeichen MYLAR bekannt ist und von der 3M Company verkauft wird. Die Membran 13 und das Paneel bzw. die Platte 12 sind beide am Rahmen 11 befestigt und ermöglichen, daß die Membran vibriert, während das Paneel stationär bleibt und, um irgendeine Relativbewegung der Membran in Hinsicht zur Platte in einer parallelen Richtung zur Ebene der Membran zu verhindern.

Die Membran 13 trägt obenauf einen Leiter 14, der in einer Vielzahl länglicher und beabstandeter Leiterstrecken l4a angeordnet ist, durch die der klang-bzw. tonerzeugende Strom aus einem akustischen Verstärkersystem laufen kann.

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Der Leiter lH kann auf verschiedene Art und Weise auf der Membran 13 ausgebildet sein, oder kann jedoch einfach ein Draht - wie gezeigt - sein, der klebemäßig an der Oberfläche der Membran befestigt ist. Andererseits kann der Draht oder Leiter 14 auch durch eine gedruckte Schaltung auf der Oberfläche der Membran ausgebildet sein.

Das Polienmetallpaneel 12 stellt einen Teil der Magnetstruktur dar, die ferner eine Vielzahl von Magnetstreifen 15 und 16 umfaßt, die auf der Oberfläche des Paneels 12 angebracht sind. Die Magnetstreifen 15 und 16 sind in einer Richtung durch ihre kleinste Dimension magnetisiert, so daß die gesamte Oberfläche von jedem Magneten eine Polarität besitzt, wie es in Fig. 3 angedeutet ist, wo die Oberfläche mit der Kennziffer 15.1 bezeichnet ist. Die Grundflächen der Streifen 15 und 16 besitzen die entgegengesetzte Polarität. Die Streifen 15 und 16 sind in paralleler Weise beabstandet voneinander angeordnet, so daß sie Spalte 17 dazwischen begrenzen, über die Magnetfelder durch die Magnete hergestellt werden. Die Spalte 17 sind unmittelbar unterhalb der Strecken l*Ja des Leiters angeordnet, so daß die Leiterstrecken unter dem Einfluß dieser Magnetfelder stehen.

Jeder der Magnetstreifen 15 und 16 umfaßt einen Permanentmagneten und ist aus einem magnetischen Material gebildet, das von dem magnetischen Material in den benachbarten Streifen abweicht. Zum Beispiel können die Magnetstreifen 15 aus PLASTIFORM gebildet sein, einem gummiverbunden Bariumferrit-Verbundmaterial, bei dem die Ferritpartikel während der Verarbeitung mechanisch ausgerichtet und mit der Gummi- oder Kunststoffmatrix oder Bindemittel verbunden werden, damit sie ihre Lage beibehalten. Die Koerzitivkraft des PLASTIFORM-Materials ist dabei relativ schwach oder besitzt eine niedrige Größenordnung.

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Die alternierenden Magnetstreifen 16 sind aus einem unterschiedlichen magnetischen Material geformt, z.B. Samariumkobalt in einem Polymerbindemittel, was bedeutend teurer ist als das PLASTIFORM in den Streifen 15, welches jedoch in seinen magnetischen Eigenschaften völlig von PLASTIFORM abweicht, wobei allgemein angenommen wird, daß es eine wesentlich größere Koerzitivkraft liefert als das PLASTIFORM in den anderen Streifen. Das Material im einen Satz der alternierenden Streifen kann ebenfalls gesintertes Samariumkobalt umfassen oder auch kann einer der Streifen durch Keramikmagnete gebildet sein. In jedem Fall hat es sich für die vorliegende Erfindung als besonders bedeutend herausgestellt,daß die alternierenden Streifen magnetischen Materials in der Magnetstruktur aus verschiedenen magnetischen Materialien gebildet s!nd.

Diese Verwendung von alternierenden Magnetstreifen verschiedenen Materials ist besonders bei der Herstellung des Wandlers 10 nützlich, der als Hochton- oder Mittelton-Lautsprecher eingesetzt wird.

Die Figuren k und 5 zeigen eine abgeänderte Form der Erfindung, bei der der Wandler 20 ein magnetisches Metallpaneel 21 und eine Membran 22 darauf besitzt, wobei stromleitende Leiter 23 und 23.1 vorgesehen sind. Die Leiter 23 liegen sehr dicht nebeneinander in beabstandeter Art und Weise im Hochtonbereich des Wandlers und die anderen Leiterstrecken 21.1 des Leiters sind relativ wc^'t im Mitteltonoder Basisbereich des Lautsprechers voneinander beabstandet. Die Membran ist an gewissen Bereichen durch Rippen 24 gegen eine Vibration eingezwängt, um die Membran in verschiedene Bereiche zu unterteilen, die bei verschiedenen Tonfrequenzen resonieren können. Die Magnetstreifen 25 und 26 sind wiederum entlang den Drahtstrecken auf der Membran angeordnet und schaffen die Spalte zwischen den Magneten.

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Die benachbarten Magnete 25 und 26 besitzen dabei unterschiedliche magnetische Materialien, wie schon vorher in Verbindung mitden Figuren 1 bis 3 beschrieben worden ist.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Form ist der Wandler allgemein mit der Ziffer 30 bezeichnet und besitzt eine Magnetstruktur einschließlich zwei getrennten Rückplatten 31 und 31a. Ein Diaphragma bzw. eine Membran 32 ist zwischen den beiden Magnetstrukturen angeordnet. In diesem Fall sind sämtliche Magnetstreifen 35 auf der oberen Platte 31 ausgebildet und besitzen eine magnetische Materialart, z.B. PLASTIFORM oder Bariumferrit-enthaltendes Material, wobei sämtliche aneinanderangrenzende Magnet streifen 36 auf der anderen Seite der Membran und auf der Platte 31a aus einem anderen magnetischen Material mit stark abweichenden magnetischen Eigenschaften ausgebildet sind.

Bei der in Fig. 6 gezeigten Form der vorliegenden Erfindung ist die Membran 42 wiederum zwischen den zwei Magnetstrukturen in Sandwichform angeordnet, wobei die obere eine Rückplatte 41 umfaßt und die untere Struktur eine Rückplatte 4la umfaßt. In dieser Form besitzen die Magnetstreifen auf der oberen Platte abwechselnde Materialart und sind durch die Nummern 45 und 46 bezeichnet.

In der gleichen Art und Weise alternieren die Streifen 45 und 46 auf der unteren Platte 4la ebenfalls in der Materialart und deshalb in den magnetischen Eigenschaften.

Aufgrunddessen ist ersichtlich, daß membranartige Lautsprecher mit Magnetstreifen ausgebildet werden können, die unterschiedliche Arten an Magnetmaterial mit verschiedenen magnetischen Eigenschaften umfassen können, um ein größeres Magnetfeld im Bereich der Leiter auf der Membran herzu-

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stellen. Diese Lautsprecherart, welche Magnetstreifen mit wechselnden Materialarten verwenden, liefert eine größere Leistung, ohne den Steuerstromeingang zum Lautsprecher zu erhöhen, und schafft ferner einen höheren Frequenzdurchlaß im Wandler.

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Claims

Patentansprüche

Akustischer elektromagnetischer Wandler, insbesondere flächiger Lautsprecher, mit einer filmartigen Membran, die Leiter auf ihrer Oberfläche aufweist, welche in einer Vielzahl von länglichen und beabstandeten Leiterstrecken angeordnet sind, durch die ein tonerzeugender Strom geleitet wird und wobei eine Magnetstruktur der Membran im Abstand gegenüberliegt, die eine Vielzahl länglicher und beabstandeter Magnetstreifen umfaßt, die nebeneinander verlaufen und längliche Spalte zwischen ihnen begrenzen und enfung den Leiterstrecken verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetstreifen (15j 16;25*26;35,36;45,46) Permanentmagnete sind, die einen Magnetfluß in den Spalten hervorrufen, und daß die aneinandergrenzenden Magnetstreifen aus unter-

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schiedlichen magnetischen Materialien mit deutlich verschiedenen magnetischen Eigenschaften gebildet sind.
2. Akustischer elektromagnetischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Magnetstreifen auf einer Seite der Membran (13,22) angeordnet sind.
3. Akustischer elektromagnetischer Wandler nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetstruktur Magnetstreifen umfaßt, die auf beiden Seiten der Membran angeordnet sind.
4. Akustischer elektromagnetischer Wandler nach Anspruch 3jdadurch gekennzeichnet, daß die auf einer Seite der Membran angeordneten Magnetstreifen erste und zweite Magnetstreifen aufweisen, die aneinander angrenzen und entsprechend aus unterschiedlichen magnetischen Materialien geformt sind.
5. Akustischer elektromagnetischer Wandler nach Anspruch 3 _s dadurch gekennzeichnet, daß die aneinandergrenzenden Magnetstreifen (35*36) aus verschiedenen magnetischen Materialien entsprechend auf der gegenüberliegenden Seite der Membran angeordnet sind.
6. Akustischer elektromagnetischer Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche auf einer Seite der Membran liegenden Magnetstreifen (35) aus einem magnetischen Material sind und daß alle auf der anderen Seite der Membran liegenden Magnetstreifen (36) aus einem anderen magnetischen Material bestehen.

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7. Akustischer elektromagnetischer Wandler nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet₃ daß bestimmte Magnetstreifen Samariumkobalt enthalten.
8. Akustischer elektromagnetischer Wandler nach Anspruch 7j dadurch gekennzeichnet, daß bestimmte Magnetstreifen Bariumferrit enthalten.
9. Akustischer elektromagnetischer Wandler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bariumferrit enthaltenden Magnetstreifen aus einem mit Kunststoff oder Kautschuk gebundenen Bariumferrj-uuauerial bestehen.
10. Akustischer elektromagnetischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet;, daß die Mahnet struktur ein klangdurchlässiges Paneel aus Eisen umfaßt, auf dem die Magnetstreifen aufliegen, wobei die aneinander angrenzenden Magnetstreifen aus verschiedenen magnetischen Materialien mit deutlich verschiedenen magnetischen Eigenschaften gebildet sind, und daß einige bzw. bestimmte Magnetstreifen Samariumkobalt und andere Magnetstreifen Bariumferrit enthalten, wobei die Samariumkobalt enthaltenden Streifen eine bedeutend größere

Koerzitivkraft erzeugen als die durch das Bariumferrit enthaltende Material erzeugte Koerzitivkraft .

Beschreibung:

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