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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Lautsprecher herkömmlicher
Art, umfassend ein Magnetsystem mit einem zentralen Polstück und einem
ringförmigen
Luftspalt und eine Schwingspule einer Treibermembran, die länger ist
als die axiale Ausdehnung des ringförmigen Luftspalts, wobei um
das zentrale Polstück
des Magnetsystems ein Ring aus Kupfer angebracht ist, und ein weiterer
Ring, der äußere Polring,
außen
an dem zentralen Polstück
und dabei konzentrisch mit der Schwingspule angebracht ist, Diese
Ringe oder Zylinder aus elektrisch leitendem Material, auch Kupferzylinder
genannt, werden verwendet, um eine Umgebung für die Spule aufzubauen, die,
in elektrischer Hinsicht, praktisch überall gleich ist, unabhängig vom
jeweiligen Schwingungsbereich der Spule; es ist daher üblich, daß die Kupferzylinder über die
entgegengesetzten Enden der Spule hinausragen, und zwar innen um
den zentralen Magnetkern bzw. nach außen in die Luft um das zentrale
Polstück.
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Eine
Hauptwirkung dieser Anordnung liegt darin, daß das Magnetfeld gegenüber Schwankungen,
die durch den Strom in der Schwingspule erzeugt werden, stabilisiert
wird, und zwar insoweit, als der Kupferzylinder als Kurzschlußwicklung
wirkt, die durch die induktive Kopplung mit der Schwingspule einen
entgegengesetzt gerichteten magnetischen Fluß erzeugt, der den Modulationseffekt
der Schwingspule auf den Fluß im
Dauermagnetfeld abschwächt.
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Eine
weitere Hauptwirkung liegt darin, daß der Strom bzw. die Stromschwankungen
in der Schwingspule auf eine Impedanz treffen, die weitgehend von
der Lage der Spule unabhängig
ist, d.h. davon, ob sie sich im Bereich des zentralen Eisenkerns, wo
die Impedanz anderenfalls hoch wäre,
oder außerhalb
dieses Kerns, wo die Impedanz niedrig wäre, befindet. Die starken Schwingungen
der Spule werden durch die niedrigen Frequenzen des wiedergegebenen
Signals verursacht, und eine simultane Wiedergabe der hohen Frequenzen
würde anderenfalls stark
durch die Spule beeinflußt
werden, die sich in dem mit Eisen bzw. Luft gefüllten Raum befindet. Wenn die
besagte "Kurzschlußwicklung" über die gesamte Betriebslänge der
Spule reicht, zeigt die Spule in jeder Lage die gleiche Impedanz,
da die Einflüsse der
Umgebung durch die Kurzschlußwicklung
weitgehend neutralisiert werden.
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Es
hat sich herausgestellt, daß die
Kupferzylinder über
eine ausreichend große
Wandstärke
verfügen
sollten, um tatsächlich
wirksam zu sein. Früher wurde
es für
vorteilhaft befunden, die Kupferzylinder sich gleichmäßig über den
gesamten Luftspalt erstreckend herzustellen, und zwar mit einer
so geringen Wandstärke,
daß der
Luftspalt nur geringfügig
breiter sein mußte,
aber Tatsache ist, daß der
elektrische Widerstand im Kupferzylinder dadurch so hoch wird, daß er den
gewünschten
Kompensationseffekt erheblich abschwächt.
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Verwendet
man nun aus diesem Grund Kupferzylinder, die sowohl lang als auch
dickwandig sind, so macht sich dies in einem deutlichen Preis- und
Gewichtsanstieg bemerkbar, und darüber hinaus tritt das Problem
auf, daß die
Schwingspule auf einem Rohrkern angeordnet werden muß, der nach hinten
ziemlich weit über
die Membran hinausragt, da letztere nicht weiter nach innen als
bis zum äußeren Ende
des Kupferzylinders verlagert werden kann, das ständig so
weit hinausragt, wie dies der äußeren maximalen
Amplitude der Schwingspule entspricht. Die damit verbundene beträchtliche
Länge des
Rohrkerns stellt unter dem Gesichtspunkt der Stabilität ein Problem
dar.
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Im
Stand der Technik gibt es verschiedene Vorschläge, die verwendete erforderlich
Kupfermenge zu reduzieren: So ist es gemäß DE-C-30,46,551 bekannt, einen
Fuß- oder
unteren Ring aus Kupfer um das innere Ende des Polstücks zu verwenden,
jedoch ohne daß der
Ring durch Kupferringe am wirksamen Magnetspalt ergänzt wird,
und darüber
hinaus ist es nicht näher
festgelegt, wie der Ring im Verhältnis
zur maximalen Schwingungsweite der Schwingspule angeordnet sein
sollte. Dementsprechend ist es gemäß DK-C-148,050 bekannt, relativ
kurze Kupferringe oder -zylinder an den entsprechenden äußeren oder
inneren Seiten des vordersten zentralen Polstücks zu verwenden, das aber
nicht einem weiteren Kupferring am unteren Teil bzw. Fuß des zentralen Magnetkerns
zugeordnet ist und darüber
hinaus zu einem etwas abweichenden Zweck eingesetzt wird.
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Schließlich offenbart
die
DE 34 44 062 C2 verschiedene
weitere Ringanordnungen, wie z.B. (vgl.
5 bis
10 der
DE
34 44 062 ) eine – einen
zylindrischen Körper
bildende Schale 22 aus magnetischem Material, die über das
zentrale Polstück
1B gesetzt ist und eine Länge
aufweist, die größer als die
der Schwingspule ist. Dabei ist angegeben, daß Material von dem zentralen
Polstück
entfernt werden kann, um den Querschnitt desselben abzuwandeln. Bei
13 der
DE
34 44 062 ist überhaupt
kein magnetischer Ring vorgesehen, sondern es ist von dem zentralen
Polstück
Material entfernt worden, um einen anderen Querschnittsbereich desselben
zu erzielen. Die weiteren
16 bis
24 dieses Standes der Technik zeigen Anordnungen,
bei denen magnetische Ringe nicht-zylindrischer, sondern zum Beispiel
konischer oder z-artiger Form auf einer oder beiden Seiten des Luftspaltes
angeordnet sind. Bei allen Ausführungsformen
sind die magnetischen Ringe immer in einer solchen Stellung angeordnet,
daß die
Schwingspule sich stets zwischen ihnen befindet.
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Demgegenüber lag
der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Lautsprecher
zu schaffen, die zum einen leichter, zum anderen kostengünstiger
als die Lautsprecher-Anordnungen des Standes der Technik sind, die
mit ihren zwei Kupferringen immer noch eine große Menge Kupfer in der Lautsprecher-Anordnung
aufweisen.
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Die
Aufgabe wird erfidungsgemäß durch
einen Lautsprecher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Durch
die vorliegende Erfindung hat man herausgefunden, daß sich der
Kupferzylinder nicht über die
gesamte Arbeitslänge
der Schwingspule erstrecken muß,
um seinen Zweck effektiv zu erfüllen.
Es ist ausreichend, daß ein
kurzes Zylinderstück
um den unteren Bereich des zentralen Teils des Magnetsystems installiert
wird, wodurch die damit verbundene induktive Kopplung mit der Schwingspule
garantiert, daß die
Spule zu jedem Zeitpunkt die gleiche Impedanz darstellt, unabhängig davon,
ob sie sich auf den mit Eisen gefüllten Bereich am zentralen
Kernstück des
Magnetsystems zubewegt oder von diesem weg. Es ist jedoch nach wie
vor notwendig, die Induktion der Schwingspule zu stabilisieren,
so daß sie
im wesentlichen gleich bleibt, unabhängig davon, wo sich die Schwingspule
im Verhältnis
zum Luftspalt befindet, und zu diesem Zweck hat man herausgefunden, daß es vollkommen
ausreichend ist, einen kompakten Kupferring direkt auf beiden Seiten
des Luftspalts anzubringen, d.h. Kupferringe, die erheblich kürzer als
die axiale Abmessung der Schwingspule und dabei angemessen stark
sind, damit der Strom, der in diesen Ringen induziert wird, nicht
nennenswert begrenzt wird. Dabei ist es ausreichend, daß die Ringe als
relativ kurze Einheiten ausgeführt
werden, und somit können
alle drei Ringteile zusammen eine axiale Länge aufweisen, die wesentlich
kürzer
ist als die Betriebslänge
der Schwingspule. Dadurch entsteht eine sowohl leichtere als auch
preiswertere Ausführung
der Lautsprecher.
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Im
folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung
detalliert beschrieben; in dieser ist
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1 eine
Schnittansicht der Spule und des Magnetsystems eines herkömmlichen
Lautsprechertyps,
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2 eine
entsprechende Ansicht eines Lautsprechertyps gemäß der Erfindung und
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3 eine ähnliche
und authentische Ansicht desselben.
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Der
herkömmliche
Lautsprecher in 1 weist ein Magnetsystem auf,
das einen Ringmagneten 2 mit einer hinteren/unteren Polplatte 4,
aus deren Mitte ein Polstück 6 nach
vorne/oben hervorragt, und mit einer vorderen/oberen Polplatte 8 umfaßt, die in
der Mitte ein Loch 10 enthält, in dem, und zwar auf gleicher
Höhe mit
der Polplatte 8, sich eine innere Polplatte 12 am äußeren Ende
des zentralen Polstücks 6 befindet.
Im Ringspalt 14 zwischen den Polplatten 8 und 12 befindet
sich eine Schwingspule 16 auf einem zylindrischen Trägerkern 18,
der mit einer äußeren Lautsprechermembran 20 verbunden
ist, die durch ein Trägerchassis
(nicht gezeigt) so gehalten wird, daß das Spulenrohr 18, 16 geführt ist,
um allein reine Axialschwingungen im Luftspalt 14 auszuführen.
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In
Ruhelage ist die Schwingspule 16 so angeordnet, daß sie gleichmäßig über beide
Seiten der Polplatten 8 und 12 hinausragt. Das
Polstück 6 ist von
einem Kupferzylinder 22 umgeben, und ein ähnlicher
Zylinder 24 ist so angeordnet, daß er nach vorne/oben über das
zentrale Polstück 12 hinausragt. Daher
ragen beide Kupferzylinder 22 und 24 über die Enden
der Schwingspule 16 hinaus, so daß sie sich während des
Betriebs ständig
im Schwingungsbereich der Schwingspule befinden.
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Im
Zuge der Erfindung (s. 2) wurde herausgefunden, daß die gesamte
Länge der
Kupferzylinder 22 und 24 wesentlich verringert
werden kann, da es ausreicht, einen verkürzten unteren bzw. Fußzylinder 22A,
der von der Polplatte 4 nach vorne/oben ungefähr bis zum
inneren/unteren Ende der Schwingspule 16 reicht, und zwei
axial kurze Kupferringe 22B und 24B zu verwenden,
die sich auf der entsprechend entgegengesetzten Seite der zentralen Polplatte 12 befinden.
Wenn man die 1 und 2 miteinander
vergleicht, wird erkennbar, daß es dadurch
möglich
ist, mit einem wesentlich geringeren Kupferanteil auszukommen, wodurch
der Lautsprecher leichter und preiswerter wird.
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Darüber hinaus
wird es möglich,
das Kernrohr 18 der Schwingspule zu verkürzen, da
die Membran 20 jetzt näher
an das Magnetsystem bewegt werden kann, und eine solche Verkürzung bringt
große
Vorteile in verschiedenster Hinsicht mit sich.
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Es
hat sich herausgestellt, daß die
Verwendung des Systems nach 2 ziemlich
gleiche Vorteile bietet wie die Verwendung des Systems nach 3,
vorausgesetzt, daß die
Kupferringe dick genug gemacht werden, d.h. mit einer Stärke von
mehreren Millimetern, um die auftretenden gegenelektromotorischen
Kräfte
aufzunehmen, ohne einen spürbaren
Widerstand entgegenzusetzen. Der Fußzylinder 22A sollte
nicht in die Schwingspule hineinragen, während sie sich in Ruhelage
befindet, da die einzige Funktion des Zylinders darin besteht, die
variierenden Eisenfüllungen
der Spule zu kompensieren. Die optimale Länge des Zylinders kann experimentell
bestimmt werden, und es hat sich herausgestellt, daß die beste
Kompensation erreicht wird, wenn sich der Zylinder außerhalb
der Schwingspule befindet, selbst wenn diese sich nach innen in
ihrer maximalen Verlagerung befindet. Allein in Abhängigkeit
von den variierenden Eisenfüllungen
der Spule wird somit ein variierender Kopplungsgrad zwischen der
Spule und dem Zylinder während
des gesamten Schwingungsvorgangs auftreten, und gerade dadurch kann
eine hochwirksame Kompensation erzieht werden.
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Wenn
die Spule ihre maximale Betriebsauslenkung bzw. -Verlagerung überschreitet,
tritt das Phänomen
der "Verstümmelung" auf, und zwar bezogen
auf den oberen Teil des Signals, der komprimiert wird, wodurch die
dazugehörige
Tonsignal-Kurve annähernd
eine rechteckige Form annimmt. Wie man sehr wohl weiß, bedeutet
dies eine Zunahme von Obertönen
im Verhältnis
zum Baßton,
was eine Verzerrung bedeutet.
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Die
Erfindung bedeutet eine Verbesserung sogar dieses Phänomens,
indem die Schwingspule, wenn sie übermäßige Schwingungen ausführt, nur eine
kleine Menge Kupfer in dem System 22b, 24b umschließt, wodurch
die Wirkung des Kupfers in bezug auf die Minimierung der Induktion
der Schwingspule verringert wird. Dadurch wird die Impedanz der Spule
bei hohen Frequenzen erhöht,
d.h. der Bildung von verzerrenden Obertönen wird entgegengewirkt, so
daß die
damit verbundene Verzerrung erheblich reduziert wird.
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Es
ist somit begrüßenswert,
daß der "Mangel an Kupfer" gemäß der Erfindung
im Verhältnis
zu dem Stand der Technik nicht nur eine Einsparung, sondern sogar
eine qualitative Verbesserung der Tonwiedergabe des Lautsprechers
bedeutet.
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In 3 ist
eine Schnittansicht von einem der Lautsprecher dargestellt, die
für Messungen
in Verbindung mit der Erfindung verwendet wurden, d.h. diese Abbildung
stellt die Abmessungsrelationen maßstabsgetreu dar. Es ist offensichtlich,
daß eine beträchtliche
axiale Entfernung zwischen dem unteren Ring 22A und dem
inneren Ende der Schwingspule besteht, und daß der Ring 22B geringfügig dünner ist
als der Ring 24B; diese geringere Stärke ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß der untere Ring
bzw. Fußring 22A in
einem gewissen Maße
die Funktion des Rings 22B unterstützt, wobei diese Funktion reduziert
wird, wenn sich die Spule nach außen bewegt, so daß der äußere Ring 24B Idealerweise
etwas dicker sein sollte als der Ring 22B. Jedenfalls sollten
die Ringe eine Wandstärke
aufweisen, die ausreichend ist, um eine effektive Leitung der kompensierten
Induktionsströme
zu gewährleisten. In
diesem Beispiel beträgt
die Stärke
des Rings 24B nur ungefähr
1/6 der Länge
der Schwingspule. Weder Ring 22B noch Ring 24B sollten über die Schwingspule
hinausragen, wenn sie sich in Ruhelage befindet, da dies die Verringerung
der oben erwähnten
Verstümmelungs-Verzerrung
beeinträchtigen
würde.
Die Länge
der Schwingspule dieses Lautsprechers beträgt 18 mm. Es hat sich als ausreichend
herausgestellt, wenn der untere Ring 22A über eine
Länge von
8 mm verfügt,
was weniger als den halben Abstand zwischen dem inneren Polring 22B und
dem äußeren/unteren
Ende des unteren bzw. Fußrings
bedeutet. Die Gesamtlänge
der Kupferringe beträgt
ca. 13 mm, während
sie in einem entsprechenden System gemäß 1 ca. 40
mm betragen würde.
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Für die Erfindung
ist es nicht entscheidend, ob sich die Kupferringe innerhalb der
oder um die Spule herum befinden, obwohl der Wirkungsgrad höher ist,
wenn sie sich innerhalb der Spule befinden. Viele Parameter haben
einen Einfluß auf
die exakte Dimensionierung der Teile, um das gewünschte ideale Ergebnis zu erzielen,
und für
jede neue Lautsprecher-Ausgestaltung
wäre es
normalerweise erforderlich, daß Testreihen
mit Teilen unterschiedlicher Abmessungen durchgeführt werden,
bis sich sowohl die allgemeine Impedanzstabilisierung als auch eine
minimale Verstümmelungs-Verzerrung
eingestellt haben. Daher kann die beschriebene Lösung als Standard für alle Lautsprecher
dieses besonderen Designs verwendet werden.