DE69323930T2

DE69323930T2 - Kompensationsverfahren für die Änderung in der Schalldruckcharakteristik eines elektroakustischen Wandlers mit der Temperatur

Info

Publication number: DE69323930T2
Application number: DE1993623930
Authority: DE
Inventors: Kazushi Suzuki
Original assignee: Star Micronics Co Ltd
Current assignee: Star Micronics Co Ltd
Priority date: 1992-06-20
Filing date: 1993-06-18
Publication date: 1999-08-26
Anticipated expiration: 2013-06-19
Also published as: CN1038095C; EP0576216A2; CN1083300A; JPH066899A; EP0576216A3; DE69323930D1; EP0576216B1

Description

Die vorliegende Erfindung, wie in den beiliegenden Ansprüchen definiert, betrifft ein Verfahren zum Kompensieren einer Änderung der Schalldruckeigenschaft eines elektroakustischen Wandlers, mit der Temperatur, der in Form eines Summers oder akustischen Alarmgebers verwendet wird, um elektrische Signale in Schall umzuwandeln. Die GB-A-2041616 offenbart ein akustisches Alarmmittel, das mit einer Temperaturkompensationseinrichtung versehen ist.
Elektroakustische Wandler wandeln elektrische Signale in Schall um. Sie können in Form von Summern oder akustischen Alarmgebern in verschiedenen elektronischen Geräten verwendet werden, um einen akustischen Output zu liefern, der elektrischen Eingangssignalen entspricht. Ihre Schalldruckcharakteristika werden durch ihre eigene(n) Struktur und Materialien bestimmt. Die Schalldruckcharakteristika variieren mit der Temperatur, und eine Änderung der Schalldruckcharakteristika hat Auswirkungen auf den akustischen Output.
Fig. 6 zeigt einen elektroakustischen Wandler nach dem Stand der Technik, bei dem eine elektromagnetische Spule in einer Antriebsquelle verwendet wird. Dieser Wandler weist ein zylindrisches Gehäuse 2 aus Kunstharz auf. An der Innenwandfläche des Gehäuses 2 ist axial eine Vielzahl von Rippen 3 vorgesehen. An der Rückseite der Rippen 3 ist eine Membran 4 orthogonal zur Achse des Gehäuses 2 angeordnet. An der Vorderseite der Membran 4 ist eine Resonanzkammer 6 definiert. An der Rückseite der Membran 4 ist eine Antriebsquelle 8 vorgesehen, um Vibrationen derselben hervorzurufen. Ein Schallabgabeloch 10 ist an der Verschlußfläche von Gehäuse 2 vorgesehen, die sich parallel zur Membran 4 erstreckt. Das Loch 10 weist die Gestalt eines Zylinders auf, der in die Resonanzkammer 6 ragt. Dadurch kann die Resonanzkammer 6 mit der Atmosphäre kommunizieren, wodurch von der Membran 4 in der Resonanzkammer 6 erzeugter Schall an die Außenseite des Gehäuses 2 abgegeben werden kann.
Die Antriebsquelle 8 ist ein Mittel zum Erzeugen akustischer Schwingungen der Membran 4. Sie wird von außen über Anschlüsse 12 und 14 mit einem Antriebsstrom versorgt, um ein magnetisches Wechselfeld zu erzeugen, das zur akustischen Schwingung auf die Membran 4 wirkt. Die Membran 4 ist eine magnetisierbare dünne Metallplatte, und im mittleren Abschnitt davon ist ein scheibenförmiges Magnetstück 16 montiert. Das Magnetstück 16 ist ein zusätzliches Massemittel, um die Masse der Membran 4 zu erhöhen. Es besteht aus einem magnetischen Material, so daß es in Kombination mit der Membran 4 einen Magnetkreis bildet. Die Membran 4 ist an der Peripherie magnetisch an der Oberseite eines zylindrischen Magneten 18 befestigt, der im Gehäuse 2 enthalten ist. Das heißt, die Membran 4 wird durch die magnetische Anziehung des Magneten 18 magnetisiert und in Position gehalten. Der Magnet 18 ist durch eine magnetisierbare Metallbasis 20, die den Rückraum des Gehäuses 2 schließt, fest innerhalb des Gehäuses 2 fixiert. An der Rückfläche der Basis 20 ist ein Substrat 22 befestigt, an dem die Anschlüsse 12 und 14 montiert sind. Die mittleren Abschnitte der Basis 20 und des Substrats 22 werden von einem zylindrischen Kern 24 durchdrungen, der sich die Mittelachse des Magneten 18 entlang erstreckt. Zwischen einem Ende des Kerns 24 und der Membran 4 ist ein Spalt 26 definiert, um magnetische Kopplung und Schwingungen der Membran 4 zu ermöglichen. Eine Spule 30 ist über einen Spulenkörper 28 um den Kern 24 gewickelt und an die Anschlüsse 12 und 14 angeschlossen. Über die Anschlüsse 12 und 14 wird ein Antriebsstrom als Eingangsstrom an die Spule 30 angelegt, um Schwingungen hervorzurufen.
Es ist bekannt, daß eine Schalldruckcharakteristik des oben beschriebenen elektroakustischen Wandlers strukturell durch die Membran 4 und die Resonanzkammer 6 bestimmt wird. Die Membran 4 und die Resonanzkammer 6 weisen Eigenresonanzfrequenzen (fo) bzw. (fv) auf. Die Resonanzfrequenz (fo) wird durch physikalische Parameter, wie Material und Gestalt der Membran 4, die Gestalt und Masse des Magnetstücks 16, die Größe des Spalts 26, die magnetische Kraft des Magneten 18, die Größe des Rückraums 32 der Membran 4 und den Durchmesser des Kerns 24, bestimmt. Die Resonanzfrequenz (fv) wird unter Einsatz der folgenden Gleichung ermittelt:
fv = CD/4 /1/π V (L + 0.75D) ... (11)
Gleichung (1) ist die Helmholtz-Gleichung, worin V für das Volumen der Resonanzkammer 6 steht, D und L für den Durchmesser und die Länge des Schallabstrahllochs 10 stehen und C für die Schallgeschwindigkeit (etwa 344.000 mm/s) steht. Das heißt, die Frequenz (fv) ist durch den Durchmesser und die Länge des Schallabstrahllochs 10 und das Volumen der Resonanzkammer 6 bestimmt. Wenn der Durchmesser und die Länge des Schallabstrahllochs 10 konstant sind, hängt die Frequenz (fv) nur vom Volumen der Resonanzkammer 6 ab.
Fig. 7 zeigt eine Maßnahme zur Steigerung des Schalldrucks der Resonanzfrequenz (fo) beim Wandler nach dem Stand der Technik, wobei die Frequenz (fv) auf das Doppelte der Frequenz (fo) eingestellt ist (fv = 2fo). Fig. 8 zeigt eine Maßnahme zur Erweiterung des Frequenzbereichs der Schalldruckcharakteristik, wobei die Frequenz (fv) etwas höher eingestellt ist als die Frequenz (fo) (fv > fo). Eine wiedergegebene Frequenz (fw) wird im ersteren Fall auf die Frequenz (fo) und im zweiten Fall auf den Bereich von (fo) bis (fv) eingestellt.
Beim elektroakustischen Wandler nach dem Stand der Technik ist auch bekannt, daß eine Schalldruckcharakteristik mit der Temperatur variiert. Folgende Faktoren können die Charakteristik beeinflussen:
(a) Die Spule 30, ein wesentlicher Teil der Antriebsquelle 8, ist ein gewundener Kupferdraht. Bei hoher Temperatur bewirkt eine Zunahme des Innenwiderstandes der Spule 30 eine Verringerung des Stroms, wodurch das erzeugte Magnetfeld abgeschwächt wird, so daß die Antriebskraft verringert wird, mit der die Membran 4 zum Schwingen gebracht wird. Bei niedriger Temperatur kommt es zu einer umgekehrten Änderung.
(b) Der Magnet 18 befindet sich in magnetischer Beziehung zum Kern 24, um den die Spule 30 gewickelt ist. Bei hohen Temperaturen führt eine Änderung der äußeren Abmessungen des Magneten 18 zu einer Vergrößerung des Spalts 26, der einen Teil des Magnetkreises darstellt, wodurch der magnetische Wirkungsgrad beeinträchtigt wird. Das wird insbesondere merkbar, wenn als Magnet 18 ein Kunststoffmagnet verwendet wird. Umgekehrt wird der magnetische Wirkungsgrad bei niedrigen Temperaturen verbessert.
(c) Die magnetische Kraft des Magneten 18 tendiert dazu, bei hohen Temperaturen abzunehmen, während sie bei niedrigen Temperaturen steigt.
Die obigen Faktoren in Kombination verringern die Resonanzfrequenz (fo) bei hohen Temperaturen, während sie sie bei niedrigen Temperaturen erhöhen.
Eine Änderung in der Gestalt und den Abmessungen des Gehäuses 2 mit der Temperatur beeinflußt die Resonanzfrequenz (fv). Somit variiert die Frequenz (fv) auch mit der Temperatur, d. h. sie wird bei hohen Temperaturen erhöht und bei niedrigen Temperaturen verringert.
Fig. 9 zeigt die Änderung der Resonanzfrequenzen (fo) und (fv) mit der Temperatur, wenn sie in bezug aufeinander auf (fv = 2fo) eingestellt werden, wie in Fig. 7 gezeigt. Bei hohen Temperaturen (TH = 85ºC) werden die bei normaler Temperatur (TS = 25ºC) gegebene Resonanzfrequenz (fo) zu (foH)(< fo) und die Frequenz (fv) zu (fvH)(> fv) verschoben. Das Frequenzintervall (fov) bei normaler Temperatur wird zu (fovH)(> fov) erweitert, was einen beträchtlichen Abfall des Schalldrucks verursacht. Bei niedrigen Temperaturen (TL = -40ºC) verschieben sich die bei normaler Temperatur gegebene Resonanzfrequenz (Fo) zu (foL)(> fo) und die Frequenz (fv) zu (fvL)(< fv). Das Frequenzintervall (fov) bei normaler Temperatur wird zu (fovL)(< fov) verschmälert, was einen beträchtlichen Anstieg des Schalldrucks verursacht. Diese Faktoren führen zu einer beträchtlichen Änderung des Schalldrucks von 10 dB oder mehr bei der wiedergegebenen Frequenz (fw). Der erforderliche und ausreichende akustische Output ist nicht verfügbar.
Fig. 10 zeigt ebenfalls die Änderung der Resonanzfrequenzen (fo) und (fv) mit der Temperatur, und zwar, wenn sie in bezug aufeinander auf (fv > fo) eingestellt sind, wie in Fig. 8 gezeigt. Bei hohen Temperaturen (TH = 85ºC) werden die bei normaler Temperatur (TS = 25ºC) gegebene Resonanzfrequenz (fo)) zu (foH)(< fo) und die Frequenz (fv) zu (fvH)(> fv) verschoben. Das Frequenzintervall (fov) bei normaler Temperatur wird zu (fovH)(> fov) erweitert, wodurch ein beträchtlicher Abfall im Schalldruck verursacht wird. Bei niedrigen Temperaturen (TL = -40ºC) verschieben sich die bei normaler Temperatur gegebene Resonanzfrequenz (fo) zu (foL)(> fo) und die Frequenz (fv) zu (fvL)(< fv). Das Frequenzintervall (fov) bei normaler Temperatur wird auf (fovL)(< fov) eingeengt, wodurch ein beträchtlicher Anstieg im Schalldruck verursacht wird. Die obigen Faktoren führen auch zu einer beträchtlichen Änderung im Schalldruck von 10 dB oder mehr bei der wiedergegebenen Frequenz (fw).
Fig. 11 zeigt die Schalldruckcharakteristik des elektroakustischen Wandlers nach dem Stand der Technik, wobei TS die Charakteristik bei 25ºC darstellt, TH jene bei 85ºC und TL jene bei -40ºC. Fig. 12 zeigt die Spulenstromcharakteristik entsprechend Fig. 11, wobei TS die Charakteristik bei 25ºC darstellt, TH jene bei 85ºC und TL jene bei - 40ºC. Eine Differenz im Schalldruck zwischen -40ºC und 85ºC beträgt im wiedergegebenen Frequenzbereich (fw) von 2 kHz bis 3 kHz etwa 10 dB.
Wie oben beschrieben, variiert die Schalldruckcharakteristik beim elektroakustischen Wandler nach dem Stand der Technik in dem Ausmaß mit der Temperatur, daß die Änderung bei verschiedenen Anwendungen und zu verschiedenen Jahreszeiten hörbar ist.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Kompensieren einer Änderung in der Schalldruckcharakteristik mit der Temperatur eines elektroakustischen Wandlers bereitzustellen, indem die Tendenz der Resonanzfrequenzen (fo) und (fv) zum Variieren mit der Temperatur genutzt wird.
Vorzugsweise stellt die Erfindung ein Verfahren zum Kompensieren einer Änderung in der Schalldruckcharakteristik mit der Temperatur ohne wesentliche Änderung in der Grundstruktur eines herkömmlichen elektroakustischen Wandlers bereit.
Gemäß einem ersten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Kompensieren einer Änderung in der Schalldruckcharakteristik mit der Temperatur eines elektroakustischen Wandlers bereit, der ein Gehäuse, eine Membran, die im Gehäuse angeordnet ist und eine Eigenresonanzfrequenz aufweist, eine Resonanzkammer, die an der Vorderseite der Membran im Gehäuse vorgesehen ist und eine Resonanzfrequenz aufweist, die niedriger als die Resonanzfrequenz der Membran bei normaler Temperatur ist, um mit der Vibration der Membran mitzuschwingen, und eine Antriebsquelle, die an der Rückseite der Membran vorgesehen ist, umfaßt, wobei die Membran von der Antriebsquelle zum Schwingen gebracht wird, um einen Schall zu erzeugen, der durch die Resonanzkammer abzugeben ist, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es umfaßt:
das Kompensieren einer Verringerung des Schalldrucks, die durch eine Verringerung einer magnetischen Antriebskraft der Antriebsquelle bei hohen Temperaturen über der normalen Temperatur verursacht wird, durch Einengung eines Frequenzintervalls zwischen der Resonanzfrequenz der Resonanzkammer und der Resonanzfrequenz der Membran; und
das Kompensieren einer Zunahme des Schalldrucks, die durch eine Zunahme einer magnetischen Antriebskraft der Antriebsquelle bei niedrigen Temperaturen unter der normalen Temperatur verursacht wird, durch Erweiterung eines Frequenzintervall zwischen der Resonanzfrequenz der Resonanzkammer und der Resonanzfrequenz der Membran.
Gemäß einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Kompensieren einer Änderung in der Schalldruckcharakteristik mit der Temperatur eines elektroakustischen Wandlers bereit, der ein Gehäuse, eine Membran, die im Gehäuse angeordnet ist und eine Eigenresonanzfrequenz aufweist, eine Resonanzkammer, die an der Vorderseite der Membran im Gehäuse vorgesehen ist und eine Resonanzfrequenz aufweist, die niedriger als die Resonanzfrequenz der Membran bei normaler Temperatur eingestellt ist, um mit der Vibration der Membran mitzuschwingen, und eine Antriebsquelle, die an der Rückseite der Membran vorgesehen ist, umfaßt, wobei die Membran von der Antriebsquelle zum Schwingen gebracht wird, um einen Schall zu erzeugen, der durch die Resonanzkammer abzugeben ist, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es umfaßt:
das Kompensieren einer Verringerung des Schalldrucks, die durch eine Verringerung einer magnetischen Antriebskraft der Antriebsquelle bei hohen Temperaturen über der normalen Temperatur verursacht wird, durch eine Schalldrucksteigerung, die durch Erhöhen der Resonanzfrequenz der Resonanzkammer und Verringern der Resonanzfrequenz der Membran erzielt wird, wodurch ein Frequenzintervall dazwischen eingeengt wird; und
das Kompensieren einer Zunahme des Schalldrucks, die durch eine Zunahme einer magnetischen Antriebskraft der Antriebsquelle bei niedrigen Temperaturen unter der normalen Temperatur verursacht wird, durch Absenken des Schalldrucks, das durch Verringern der Resonanzfrequenz der Resonanzkammer und Erhöhen der Resonanzfrequenz der Membran erzielt wird, wodurch ein Frequenzintervall dazwischen erweitert wird.
Gemäß vorliegender Erfindung sind die Resonanzfrequenzen (fo) und (fv) der Membran und der Resonanzkammer in bezug aufeinander so eingestellt, daß bei normaler Temperatur die Frequenz (fv) geringer ist als die Frequenz (fo). Bei hohen Temperaturen tendiert die Frequenz (fv) zu einer Erhöhung, die Frequenz (fo) tendiert dazu, zu fallen, und eine magnetische Antriebskraft wird abgeschwächt, wodurch der Schalldruck sinkt. Bei niedrigen Temperaturen tendiert die Frequenz (fv) zu einer Verringerung, die Frequenz (fo) tendiert dazu, sich zu erhöhen, und eine magnetische Antriebskraft wird erhöht, wodurch der Schalldruck steigt. Gemäß vorliegender Erfindung wird das Intervall zwischen den Resonanzfrequenzen (fo) und (fv) bei hohen Temperaturen eingeengt, wodurch der Schalldruck erhöht wird, so daß die Verringerung des Schalldrucks aufgrund der abgeschwächten magnetischen Antriebskraft ausgeglichen wird. Bei niedrigen Temperaturen wird das Intervall erweitert, wodurch der Schalldruck verringert wird, so daß die Zunahme des Schalldrucks aufgrund der verbesserten magnetischen Antriebskraft erhöht wird. Das heißt, die Änderung im Intervall zwischen den Resonanzfrequenzen steht in inverser Beziehung zur jener des herkömmlichen Wandlers. Eine durch eine Änderung in der Antriebskraft verursachte Änderung im Schalldruck wird durch eine Änderung im Schalldruck kompensiert, die durch eine Änderung im Frequenzintervall verursacht wird, wodurch eine Änderung im Schalldruck mit der Temperatur kompensiert wird, so daß eine Schalldruckcharakteristik mit einer nur geringfügigen Änderung mit der Temperatur bereitgestellt wird.
Fig. 1 ist ein Graph, der eine Ausführungsform des Verfahrens zum Kompensieren einer Änderung in der Schalldruckcharakteristik mit der Temperatur eines elektroakustischen Wandlers gemäß vorliegender Erfindung zeigt.
Fig. 2 ist eine Längsschnittansicht einer Ausführungsform des elektroakustischen Wandlers, bei dem das in Fig. 1 gezeigte Verfahren zum Einsatz kommt.
Fig. 3 ist eine Längsschnittansicht, die die Abmessungsdifferenz zwischen dem in Fig. 2 gezeigten elektroakustischen Wandler und dem in Fig. 6 gezeigten elektroakustischen Wandler nach dem Stand der Technik zeigt.
Fig. 4 ist ein Graph, der die Schalldruckcharakteristik zeigt, die beim in Fig. 2 gezeigten elektroakustischen Wandler erzielt wird.
Fig. 5 ist ein Graph, der die Spulenstromcharakteristik zeigt, die beim in Fig. 2 gezeigten elektroakustischen Wandler erzielt wird.
Fig. 6 ist eine Längsschnittansicht eines elektroakustischen Wandlers nach dem Stand der Technik.
Fig. 7 ist ein Graph, der die Schalldruckcharakteristik zeigt, die beim elektroakustischen Wandler nach dem Stand der Technik erzielt wird.
Fig. 8 ist ein Graph, der die Schalldruckcharakteristik zeigt, die beim elektroakustischen Wandler nach dem Stand der Technik erzielt wird.
Fig. 9 ist ein Graph, der die Änderung in der Schalldruckcharakteristik mit der Temperatur zeigt, die beim elektroakustischen Wandler nach dem Stand der Technik erzielt wird.
Fig. 10 ist ein Graph, der die Änderung in der Schalldruckcharakteristik mit der Temperatur zeigt, die beim elektroakustischen Wandler nach dem Stand der Technik erzielt wird.
Fig. 11 ist ein Graph, der die Schalldruckcharakteristik zeigt, die beim elektroakustischen Wandler nach dem Stand der Technik erzielt wird.
Fig. 12 ist ein Graph, der die Spulenstromcharakteristik zeigt, die beim elektroakustischen Wandler nach dem Stand der Technik erzielt wird.
Nachstehend wird nun eine in den Zeichnungen gezeigte Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des Verfahrens zum Kompensieren einer Änderung in der Schalldruckcharakteristik mit der Temperatur eines elektroakustischen Wandlers gemäß vorliegender Erfindung. Dieser elektroakustische Wandler weist Eigenresonanzfrequenzen (fo) und (fv) auf. Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenresonanzfrequenzen in bezug aufeinander so eingestellt sind, daß die Resonanzfrequenz (fv) der Resonanzkammer 6 geringer ist als die Resonanzfrequenz (fo) der Membran 4.
Diese Frequenzen sind in bezug aufeinander bei normaler Temperatur auf solche Werte eingestellt, daß sie nicht in inverser Beziehung mit der Temperatur stehen. Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, Änderungen in den Resonanzfrequenzen (fo) und (fv) nicht zu unterdrücken, sondern sie unter Berücksichtigung möglicher Änderungen in den Frequenzen mit der Temperatur so weit auseinander einzustellen, daß sie sich einander annähern können, aber niemals in einer inversen Beziehung zueinander stehen. Um die Frequenzen (fo) und (fv) zu bestimmen, können die obengenannten physikalischen Parameter und die obengenannte Gleichung eingesetzt werden. Das heißt, die Resonanzfrequenz (fo) ist durch das Material und die Gestalt der Membran 4, die Gestalt und die Masse des Magnetstücks 16 als zusätzliches Massemittel, die Größe des Spalts 26, die Magnetkraft des Magneten 18, die Größe des Rückraums 32 der Membran 4 und den Durchmesser von Kern 24 bestimmt. Die Resonanzfrequenz (fv) wird durch Gleichung (1) bestimmt. Insbesondere kann die Frequenz (fv) der Resonanzkammer 6 leicht durch das Volumen der Resonanzkammer 6 eingestellt werden, weil sie in enger Beziehung zu ihrem Volumen steht.
Die Resonanzfrequenz (fv) erhöht sich bei hohen Temperaturen (= TH) auf (fvH)(> fv) und sinkt bei niedrigen Temperaturen (= TL) auf (fvL)(< fv). Die Resonanzfrequenz (fo) sinkt bei hohen Temperaturen auf (foH)(< fo) und erhöht sich bei niedrigen Temperatur auf (foL)(> fo). Diese möglichen Änderungen sind einzigartige Eigenschaften dieser Art von elektroakustischen Wandlern, wie unter Bezugnahme auf die Fig. 9 und 10 beschrieben. Das gilt für die Erfindung, wenn die Frequenz (fv) niedriger eingestellt ist als die Frequenz (fo).
Wenn die Frequenz (fv) niedriger eingestellt ist als die Frequenz (fo), verschieben sich die Frequenzen (fo) und (fv) auf (foH) und (fvH), so daß sie sich einander bei hohen Temperatur (= TH) nähern, wodurch das Frequenzintervall (fovH) enger wird als (fov) bei normaler Temperatur.
Auf die in Fig. 6 gezeigte Struktur nach dem Stand der Technik Bezug nehmend schwächen die obengenannten Faktoren (a)-(c) die magnetische Antriebskraft ab, wodurch der Schalldruck verringert wird, aber beim elektroakustischen Wandler gemäß vorliegender Erfindung wird das Frequenzintervall auf (fov> fovH) eingeengt, so daß der Schalldruck zunimmt. Mit anderen Worten, eine Verringerung des Schalldrucks aufgrund der abgeschwächten Antriebskraft wird durch eine Erhöhung des Schalldrucks aufgrund des eingeengten Frequenzintervalls ausgeglichen, wodurch ein wesentliches Abfallen des Schalldrucks vermieden wird.
Bei niedrigen Temperaturen (= TL) sind die Frequenzen (fo) und (fv) voneinander weg zu (foL) und (fvL) verschoben, so daß das Frequenzintervall (fovL) breiter wird als (fov) bei normaler Temperatur.
Auf die in Fig. 6 gezeigte Struktur nach dem Stand der Technik Bezug nehmend verbessern die obengenannten Faktoren (a)-(c) die magnetische Antriebskraft, wodurch der Schalldruck erhöht wird, aber beim elektroakustischen Wandler gemäß vorliegender Erfindung wird das Frequenzintervall erweitert (fov < fovL), so daß der Schalldruck verringert wird. Mit anderen Worten, eine Erhöhung des Schalldrucks aufgrund der verbesserten Antriebskraft wird durch eine Verringerung des Schalldrucks aufgrund des erweiterten Frequenzintervalls ausgeglichen, so daß ein beträchtlicher Anstieg des Schalldrucks vermieden wird.
Wie oben beschrieben kompensiert das Einstellen der Resonanzfrequenz (fv) auf einen niedrigen Wert als die Resonanzfrequenz (fo) eine Änderung im Schalldruck mit der Temperatur, was zu einer Schalldruckcharakteristik mit einer nur vernachlässigbaren Änderung mit der Temperatur innerhalb des wiedergegebenen Frequenzbereichs führt.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des elektroakustischen Wandlers, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommt. Seine Struktur ist jener des in Fig. 6 gezeigten Wandlers nach dem Stand der Technik ähnlich, weshalb für die Teile die gleichen Bezugszahlen verwendet werden.
Dieser Wandler weist ein zylindrisches Gehäuse 2 aus Kunstharz auf. An der Innenwandfläche des Gehäuses 2 ist axial eine Vielzahl von Rippen 3 vorgesehen. An der Rückseite der Rippen 3 ist eine Membran 4 orthogonal zur Achse des Gehäuses 2 angeordnet. Eine Resonanzkammer 6 ist an der Vorderseite der Membran 4 definiert. An ihrer Rückseite ist eine Antriebsquelle 8 vorgesehen, um Vibrationen der Membran 4 hervorzurufen. Ein Schallabstrahlloch 10 ist an jener Verschlußseite des Gehäuses 2 vorgesehen, die sich parallel zur Membran 4 erstreckt. Das Loch 10 hat die Form eines Zylinders, der in die Resonanzkammer 6 ragt. So kann die Resonanzkammer 6 mit der Atmosphäre kommunizieren, wodurch ein von der Membran 4 in der Resonanzkammer 6 erzeugter Schall an die Außenseite des Gehäuses 2 abgegeben werden kann.
Die Antriebsquelle 8 ist eine Einrichtung zum Erzeugen akustischer Schwingungen der Membran 4. Sie wird von außen über Anschlüsse 12 und 14 mit einem Antriebsstrom versorgt, wodurch ein Magnetwechselfeld erzeugt wird, das akustische Schwingungen der Membran 4 verursacht. Die Membran 4 ist eine magnetisierbare dünne Metallplatte, und an ihrem Mittelabschnitt ist ein scheibenartiges Magnetstück 16 montiert. Das Magnetstück 16 stellt ein zusätzliches Massemittel dar, um die Masse der Membran 4 zu erhöhen. Es besteht aus einem magnetischen Material, um in Kombination mit der Membran 4 einen Magnetkreis zu bilden. Wenn nur die Masse erhöht werden soll, kann es aus einem nicht-magnetisierbaren Material bestehen.
Die Membran 4 ist an der Peripherie magnetisch an der Oberseite eines zylindrischen Magneten 18 befestigt, der im Gehäuse 2 enthalten ist. Das heißt, die Membran 4 wird durch die magnetische Anziehung des Magneten 18 magnetisiert und in Position gehalten. Der Magnet 18 ist durch eine magnetisierbare Metallbasis 20, die den Rückraum des Gehäuses 2 schließt, fest innerhalb des Gehäuses 2 fixiert. An der Rückseite der Basis 20 ist ein Substrat 22 befestigt, auf dem die Anschlüsse 12 und 14 montiert sind. Die mittleren Abschnitte der Basis 20 und des Substrats 22 sind von einem zylindrischen Kern 24 durchdrungen, der sich die Mittelachse des Magneten 18 entlang erstreckt. Ein Spalt 26 ist zwischen einem Ende des Kerns 24 und der Membran 4 definiert, wodurch magnetische Kopplung und Schwingungen der Membran 4 ermöglicht werden. Eine Spule 30 ist über einen Spulenkörper 28 um den Kern 24 gewickelt und an die Anschlüsse 12 und 14 angeschlossen. Ein Antriebswechselstrom wird an die Anschlüsse 12 und 14 angelegt, wodurch an der Spule 30 ein Magnetwechselfeld erzeugt wird, um mit der Membran 4 zusammenzuwirken. Die Antriebsquelle 8 ist vom zylindrischen Magneten 18 umgeben. Bei diesem elektroakustischen Wandler bilden die Membran 4, das Magnetstück 16 als zusätzliches Massemittel, die Antriebsquelle 8, der zylindrische Magnet 18 und die Basis 20 in Kombination einen geschlossenen Magnetkreis. Das zusätzliche Massemittel ist aus dem geschlossenen Magnetkreis ausgeschlossen, wenn anstelle des Magnetstücks 16 ein nicht-magnetisierbares Material verwendet wird.
In Fig. 3 wird dieser elektroakustische Wandler mit dem Wandler nach dem Stand der Technik verglichen. Gemäß vorliegender Erfindung ist der Durchmesser (= a) des Gehäuses 2 der gleiche, die Höhe b&sub1; des Gehäuses 2 ist geringer, das Volumsverhältnis zwischen der Resonanzkammer 6 und dem Gehäuse 2, d. h. die Höhe c&sub1;, ist höher, die Höhe d&sub1; des Magneten 18 ist geringer, und der Durchmesser e1 des Magneten 18 ist größer. Die Bezugszeichen b&sub2;, c&sub2;, d&sub2; und e&sub2; zeigen die entsprechenden Abmessungen des Wandlers nach dem Stand der Technik. Die Abmessungsbeziehungen sind folgende: b&sub1; < b&sub2;, c&sub1; > c&sub2;, d&sub1; < d&sub2; und e&sub1; > e&sub2;.
Das Volumsverhältnis zwischen der Resonanzkammer 6 und dem Gehäuse 2 kann erhöht werden, so daß die Resonanzfrequenz (fv) beträchtlich verringert wird. Das ermöglicht ein einfaches Einstellen der Resonanzfrequenz-Beziehung (fv < fo). Der elektroakustische Wandler, bei dem die Frequenz (fv) niedriger als (fo) eingestellt ist, bietet Schalldruckcharakteristika, wie in Fig. 1 gezeigt, worin TL = -40ºC, TS = 25ºC und TH = 85ºC, mit einer nur geringfügigen Änderung des Schalldrucks von etwa 1 dB.
Die Fig. 4 und 5 zeigen die Schalldruck- und die entsprechende Spulenstromcharakteristik des elektroakustischen Wandler, wobei die Frequenz (fv) niedriger eingestellt ist als (fo), worin TL = -40ºC, TS = 25ºC und TH = 85ºC. Die Schalldruckcharakteristika innerhalb des reproduzierten Frequenzbereichs (fw) ( = 1,7 kHz bis 2,2 kHz) zeigen nur eine vernachlässigbare Änderung von etwa 1 dB. Das beweist, daß das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung eine Änderung in der Schalldruckcharakteristik mit der Temperatur kompensiert.
Wie oben beschreiben kann durch das Einstellen der Resonanzfrequenz der Resonanzkammer auf einen niedrigen Wert als jenem der Resonanzfrequenz der Membran eine Änderung in der Schalldruckcharakteristik mit der Temperatur kompensiert werden, so daß unabhängig von den Temperaturen für eine stabile Schalldruckcharakteristik gesorgt wird. Das gilt auch, wenn ein Kunststoffmagnet verwendet wird, bei dem eine beträchtliche Änderung der Schalldruckcharakteristik mit der Temperatur sehr wahrscheinlich ist.

Claims

1. Verfahren zum Kompensieren einer Änderung in der Schalldruckcharakteristik mit der Temperatur eines elektroakustischen Wandlers, der ein Gehäuse, eine Membran (4), die im Gehäuse (2) angeordnet ist und eine Eigenresonanzfrequenz aufweist, eine Resonanzkammer (6), die an der Vorderseite der Membran (4) im Gehäuse (2) vorgesehen ist und eine Resonanzfrequenz aufweist, die niedriger als die Resonanzfrequenz der Membran bei normaler Temperatur ist, um mit der Vibration der Membran mitzuschwingen, und eine Antriebsquelle (8), die an der Rückseite der Membran vorgesehen ist, umfaßt, wobei die Membran (4) von der Antriebsquelle (8) zum Schwingen gebracht wird, um einen Schall zu erzeugen, der durch die Resonanzkammer (6) abzugeben ist, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es umfaßt:

das Kompensieren einer Verringerung des Schalldrucks, die durch eine Verringerung einer magnetischen Antriebskraft der Antriebsquelle bei hohen Temperaturen über der normalen Temperatur verursacht wird, durch Einengung eines Frequenzintervalls zwischen der Resonanzfrequenz der Resonanzkammer (6) und der Resonanzfrequenz der Membran (4); und

das Kompensieren einer Zunahme des Schalldrucks, die durch eine Zunahme einer magnetischen Antriebskraft der Antriebsquelle (8) bei niedrigen Temperaturen unter der normalen Temperatur verursacht wird, durch Erweiterung eines Frequenzintervall zwischen der Resonanzfrequenz der Resonanzkammer (6) und der Resonanzfrequenz der Membran.

2. Verfahren zum Kompensieren einer Änderung in der Schalldruckcharakteristik mit der Temperatur eines elektroakustischen Wandlers, der ein Gehäuse, eine Membran (4), die im Gehäuse (2) angeordnet ist und eine Eigenresonanzfrequenz aufweist, eine Resonanzkammer (6), die an der Vorderseite der Membran (4) im Gehäuse vorgesehen ist und eine Resonanzfrequenz aufweist, die niedriger als die Resonanzfrequenz der Membran bei normaler Temperatur eingestellt ist, um mit der Vibration der Membran mitzuschwingen, und eine Antriebsquelle (8), die an der Rückseite der Membran vorgesehen ist, umfaßt, wobei die Membran von der Antriebsquelle (8) zum Schwingen gebracht wird, um einen Schall zu erzeugen, der durch die Resonanzkammer (6) abzugeben ist, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es umfaßt:

das Kompensieren einer Verringerung des Schalldrucks, die durch eine Verringerung einer magnetischen Antriebskraft der Antriebsquelle bei hohen Temperaturen über der normalen Temperatur verursacht wird, durch eine Schalldrucksteigerung, die durch Erhöhen der Resonanzfrequenz der Resonanzkammer (6) und Verringern der Resonanzfrequenz der Membran (4) erzielt wird, wodurch ein Frequenzintervall dazwischen eingeengt wird; und

das Kompensieren einer Zunahme des Schalldrucks, die durch eine Zunahme einer magnetischen Antriebskraft der Antriebsquelle bei niedrigen Temperaturen unter der normalen Temperatur verursacht wird, durch Absenken des Schalldrucks, das durch Verringern der Resonanzfrequenz der Resonanzkammer (6) und Erhöhen der Resonanzfrequenz der Membran (4) erzielt wird, wodurch ein Frequenzintervall dazwischen erweitert wird.

3. Verfahren zum Kompensieren einer Änderung in der Schalldruckcharakteristik mit der Temperatur eines elektroakustischen Wandlers nach Anspruch 1 oder 2, worin die Resonanzkammer (6) innerhalb des Gehäuses vorgesehen und von der Membran (4) geschlossen wird, die im mittleren Abschnitt des Gehäuses (2) angeordnet ist, und mit der Atmosphäre durch ein Schallabgabeloch (10) kommuniziert, das am Gehäuse (2) vorgesehen ist.

4. Verfahren zum Kompensieren einer Änderung in der Schalldruckcharakteristik mit der Temperatur eines elektroakustischen Wandlers nach Anspruch 1 oder 2, worin ein zusätzliches Massemittel (16) auf der Membran montiert ist.

5. Verfahren zum Kompensieren einer Änderung in der Schalldruckcharakteristik mit der Temperatur eines elektroakustischen Wandlers nach Anspruch 1 oder 2, worin das Gehäuse darin eine Basis (20), die an der Rückseite der Membran (4) vorgesehen und aus einem magnetischen Material gebildet ist, einen Kern, der aufrecht auf der Basis vorgesehen ist, wobei ein vorbestimmter Spalt zwischen ihm und der Membran (4) definiert wird, eine Spule, die um den Kern herum vorgesehen ist, und einen Magneten (18) enthält, der die Spule umgibt, um an die Membran ein Magnetfeld anzulegen, und worin die Membran, die Basis, der Kern und der Magnet einen geschlossenen magnetischen Kreis innerhalb des Gehäuses bilden.

6. Verfahren zum Kompensieren einer Änderung in der Schalldruckcharakteristik mit der Temperatur eines elektroakustischen Wandlers nach Anspruch 1 oder 2, worin das Gehäuse darin eine Basis (20), die an der Rückseite der Membran vorgesehen ist und aus einem magnetischen Material gebildet ist, einen Kern, der aufrecht auf der Basis vorgesehen ist, sowie eine Spule enthält, die um den Kern herum vorgesehen ist, und worin die Antriebsquelle ein magnetisches Wechselfeld, das durch Anlegen eines Antriebswechselstroms an die Spule von einer externen Vorrichtung erzeugt wird, an die Membran anlegt.