DE10058104C2

DE10058104C2 - Elektromagnetischer Treiber für einen Plattenlautsprecher

Info

Publication number: DE10058104C2
Application number: DE10058104A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Bachmann; Gerhard Krump; Hans-Juergen Regl; Andreas Ziganki
Original assignee: Harman Audio Electronic Systems GmbH
Current assignee: Harman Audio Electronic Systems GmbH
Priority date: 2000-11-23
Filing date: 2000-11-23
Publication date: 2003-10-30
Anticipated expiration: 2020-11-24
Also published as: DE10058104A1; WO2002043435A3; US7158651B2; WO2002043435A2; US20040028254A1; DE50114531D1; US7302077B2; EP1336322A2; EP1336322B1; US20070064972A1

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Treiber für einen Plattenlautsprecher.

Elektromagnetische Wandler im allgemeinen sind beispielsweise aus der WO 95/14363 oder im besonderen mit Linearisierung der Kennlinie durch Einfügen eines Permanentmagneten beispiels weise aus der EP 0 774 880, US 4,090,041 oder US 4,680,492 bekannt. Die US 4,090,041 zeigt dabei einen elektromagneti schen Wandler, bei dem nicht nur ein Permanentmagnet, sondern auch eine Spule, die zur Erregung einer mit einem weichmagne tischen Element versehenen Membrane vorgesehen ist, fest an einem E-förmigen weichmagnetischen Kern angebracht ist.

Derartige Wandler finden vor allem als Signalgeber oder Tür summer Anwendung. Bezeichnend für diese Anwendungen ist es, dass die Nichtlinearität der Kraft-Strom-Kennlinie entweder nicht weiter stört (z. B. Beispiel wegen hoher Dämpfung der Oberschwingungen) oder aber durch Vormagnetisierung und ge ringe Aussteuerung die Nichtlinearität tolerierbar ist.

Plattenlautsprecher sind in einer Planar-Ausführung als Kol benstrahler beispielsweise aus der US 5,539,835 oder der US 4,928,312 oder in der Mulitresonanz-Ausführung als Biege wellenstrahler beispielsweise aus der WO 97/09842 oder der DE 197 57 097 bekannt und bestehen neben der robusten, biege steifen Platte (Membran) mit Halterung aus einem Antriebssys tem (z. B. ein oder mehrere Treiber), das in einem oder meh reren Punkten die Anregungskraft auf die Platte bringt.

Darüber hinaus werden beispielsweise in der WO 97/17818 oder der US 5,638,456 piezoelektrische Treiber vorgeschlagen, wel che zwar sehr robust sind, jedoch in der Praxis bei großen Platten durchweg zu schwach sind.

Elektrodynamische Antriebe entwickeln zwar eine ausreichende Kraft und eine ausreichende Auslenkung, haben aber im Zusam menhang mit der Plattenankopplung ein Setzungsproblem. Die üblichen Sandwichplatten aus miteinander verklebten, ver schiedenartigen Materialien sind sehr leicht und biegesteif, aber langfristig nicht besonders formstabil. Insbesondere än dern bei der Herstellung der Sandwichplatten verwendete Kle beschichten ihre Konsistenz. So gibt beispielsweise die stän dig wirksame Gravitation eine bestimmte Kriech- und Fließ richtung vor. Darüber hinaus führen thermische Beanspruchun gen im Betrieb zu lokalen Erweichungen mit irreversiblen Formänderungen. Dies wiederum führt zu einem Versatz der auf der Platte befestigten Spule gegenüber ihrer ursprünglichen Position.

Jeder relative Versatz zwischen der unmittelbar auf der Plat te befestigten Spule und dem weiter entfernt befestigten Mag netsystem erzeugt Verschiebungskomponenten, die die Spulen achse aus ihrer Normalposition kippen oder die Spule in eine exzentrische Lage verschieben. Dies kann dazu führen, dass die Schwingspule die Wände des Ringspalts im Magnetsystem streift und damit den Antrieb unbrauchbar macht.

Des weiteren besteht beim Betrieb von Biegewellenstrahlern das Problem, dass die üblichen Treiber eine unerwünschte Pump-Bewegung ausführen, denn abweichend von Kolbenstrahlern ist bei Biegewellenstrahlern ein Verbiegen ohne "Pumpen" wün schenswert.

Darüber hinaus erlauben die bisher genannten Treiber beim Be trieb von Biegewellen keine Randanregung. Diese Anregungspo sition ist jedoch erforderlich bei Verwendung transparenter Platten oder von Platten mit beidseitiger Nutzung als Bild fläche. Die beispielsweise aus der US 4,392,027 oder der DE 198 21 860 bekannten elektrodynamischen Treiber mit Kraft ausübung normal zur Plattenfläche lassen sich zwar kosten günstig herstellen, haben aber den Nachteil einer relativ großen Bautiefe und eines relativ großen Flächenbedarfs zur Abstützung durch eine Außensicke. Hinzu kommt, dass gerade in der Randzone der Platte eine langfristig stabile Justierung der Position der Schwingspule gegenüber der Außensicke prob lematisch ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Treiber für einen Plat tenlautsprecher anzugeben, der unempfindlicher gegenüber Set zungen ist.

Die Aufgabe wird durch einen elektromagnetischen Treiber ge mäß den Patentansprüchen 1, 8, 9 und 10 gelöst. Ausgestaltun gen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegens tand von Unteransprüchen.

Vorteil der Erfindung ist es unter anderem, dass die Spulen höhe (axial) sehr gering gehalten werden kann, wodurch eine minimale Dicke des Plattenlautsprechers erzielt werden kann.

Erreicht wird dies im einzelnen durch einen elektromagneti schen Treiber für einen Plattenlautsprecher, der einen weich magnetischen Kern in einer drei Schenkel und einen Rücken aufweisenden E-Form sowie einen mit dem weichmagnetischen Kern magnetisch gekoppelten (insbesondere feststehenden) Wechselfelderreger zur Erzeugung eines von einem Tonsignal abhängigen magnetischen Wechselflusses in dem magnetischen Kern aufweist. Des weiteren ist ein mit dem weichmagnetischen Kern magnetisch gekoppelter Gleichfelderreger zur Erzeugung eines magnetischen Gleichflusses in dem weichmagnetischen Kern sowie ein die Schenkel über mindestens einen kleinen In duktionsspalt magnetisch abschließendes, dem Rücken gegenü berliegendes weichmagnetisches Element (z. B. Plättchen, mag netische Membran, Joch etc.) vorgesehen, wobei Wechselfluss und Gleichfluss unsymmetrisch einander überlagert sind der art, dass je nach Ausformung eine resultierende Kraft oder ein resultierendes Drehmoment an dem weichmagnetischen Ele ment sich im Wesentlichen linear zum Tonsignal verhält.

Eine erfindungswesentliche Maßnahme besteht also in der An wendung des bekannten elektromagnetischen Wandlerprinzips, bei dem die Antriebsspule unbeweglich ist. Allerdings ist hier die magnetische Kraft proportional zum Quadrat der magnetischen Induktion und damit zum Quadrat eines die Antriebs spule durchfließenden Tonsignalstromes. Ohne Schwingspule und ohne eng tolerierten Schwingspalt lassen sich andererseits die unvermeidlichen Setzungen wesentlich besser tolerieren.

Eine weitere Maßnahme sieht eine Vormagnetisierung (bei spielsweise durch zusätzlichen Gleichstrom oder durch Perma nentmagnete) vor, die allerdings nicht wie üblich zur Line arisierung der Kennlinie verwandt wird. "Linearisierung" be deutet dabei die Verlagerung des Arbeitspunktes aus dem Null punkt heraus auf einen Parabelast, um bei geringer Aussteue rung die Parabel näherungsweise als Tangente gelten zu las sen.

Eine dritte Maßnahme besteht in der Ausbildung eines bevor zugt symmetrisch geformten magnetischen Kreises mit unsymmet rischer Feldverteilung. So wird beispielsweise ein von einer Treiberspule erzeugter magnetischer Feldvektor im weichmagne tischen Außenkreis überlagert von dem beispielsweise durch einen Permanentmagneten erzeugten konstanten Feldvektor aus dem Mittelschenkel derart, dass in einem Außenschenkel Addi tion, im anderen Außenschenkel eine Subtraktion erfolgt. Trotz der quadratischen Kraft-Strom-Kennlinie eines einzelnen magnetisierten Schenkels verhält sich dabei je nach Ausfor mung die Kraft bzw. das Drehmoment streng linear zur tonfre quenten Induktion und damit zum Tonsignal selbst.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist als weichmagneti sches Element ein Joch vorgesehen, das auf dem freien Ende des mittleren Schenkels des weichmagnetischen Kerns kippbar gelagert ist und zumindest gegenüber den anderen beiden Schenkeln Induktionsspalte aufweist derart, dass das mittels des Wechselfelderregers angetriebene Joch ein entsprechendes Drehmoment erzeugt. Durch Momentenbildung in dem als zweisei tiger Hebel wirkenden Joch kompensieren sich die nichtlinea ren Komponenten der Außenschenkelkräfte, so dass bei symmet rischer Bauweise das resultierende Drehmoment streng proportional zur tonfrequenten Induktion und damit zum elektrischen Tonsignal selbst ist. Das Joch schließt dabei über kleine In duktionsspalte (z. B. Luftspalte oder federndes nichtmagneti sches Material) die offenen Enden des E-Kerns. Dabei ist das Joch abgestützt auf dem mittleren Schenkel des E-förmigen Kerns kippbar gelagert derart, dass das tonfrequent mittels der Spule angeregte System am kippbaren Joch ein tonfrequen tes Drehmoment abgibt, dessen Gegenmoment durch das Rotati onsträgheitsmoment des E-förmigen Kerns gebildet wird (Iner tial-Momenten-Treiber).

Weiterhin kann vorgesehen werden, dass als Wechselfelderreger eine an einem der beiden äußeren Schenkel angeordnete, von dem Tonsignal angesteuerte Spule und als Gleichfelderzeuger ein Permanentmagnet, der im mittleren Schenkel des weichmag netischen Kerns angeordnet ist, vorgesehen wird. Somit kann ohne größeren Aufwand eine unsymmetrische Überlagerung von Wechselfluss und Gleichfluss erzielt werden.

Anstelle eines Permanentmagneten kann auch eine von einem Gleichstrom durchflossene Spule als Gleichfelderzeuger ver wendet werden, wobei die Spule entsprechend der Anordnung des Permanentmagneten am mittleren Schenkel des weichmagnetischen Kerns angeordnet sein kann. Der Vorteil einer gleichstrom durchflossenen Spule liegt darin, dass durch Ändern der Stär ke des Gleichstromes die Lautstärke des von dem Plattenlaut sprecher abgestrahlten Schalles verändert werden kann.

Bevorzugt wird das Joch durch zwei in den Induktionsspalten zwischen äußeren Schenkeln und Joch angeordnete nichtmagneti sche Federelemente in einer Ruhelage gehalten. Somit ist eine Drehbewegung möglich, wobei die Federelemente den Induktions spalt bzw. die Induktionsspalte anstelle von Luft mit einem anderen nichtmagnetischen Material ausfüllen. Damit kann der Treiber ohne äußere Stütze nur mittels des weichmagnetischen Elements (z. B. des Jochs) auf der Platte befestigt werden. Anstelle oder zusätzlich zu den Federelementen kann der Rücken des weichmagnetischen Kerns in E-Form über eine Brücke (Balken, Traverse etc.) auch an einem Rahmen des Plattenlaut sprechers befestigt werden, um dadurch die Empfindlichkeit des Plattenlautsprechers bei tiefen Frequenzen zu verbessern.

Des weiteren kann zum Lagern des Jochs an dem mittleren Schenkel des weichmagnetischen Kerns ein nichtmagnetisches Lager vorgesehen werden, so dass sich effektiv ebenfalls ein Induktionsspalt zwischen dem weichmagnetischen Element und dem mittleren Schenkel ergibt. Im Hinblick auf die mechani schen Eigenschaften ist ein definiertes Lager auf dem mittle ren Schenkel gegenüber einer Lösung ohne ein derartiges Lager von Vorteil, da Scherbewegungen oder Pumpbewegungen definitiv verhindert werden gegenüber einer Halterung mit nur den vor genannten federnden Elementen.

Anstelle eines Inertial-Momenten-Lautsprechers kann in glei cher Weise mit der Erfindung ein Monopol-Plattenlautsprecher realisiert werden derart, dass zwei weichmagnetische Kerne in jeweils einer drei Schenkel und einen Rücken aufweisenden E- Form, die Rücken an Rücken miteinander fest verbunden sind, und zwei mit jeweils einem der weichmagnetischen Kerne magne tisch gekoppelte Wechselfelderreger zur Erzeugung eines von einem Tonsignal abhängigen magnetischen Wechselflusses in dem jeweiligen weichmagnetischen Kern vorgesehen werden. Außerdem umfasst ein derartiger Treiber zwei mit jeweils einem der weichmagnetischen Kerne magnetisch gekoppelte Gleichfelderre ger zur Erzeugung eines magnetischen Gleichflusses in dem je weiligen weichmagnetischen Kern sowie zwei die jeweiligen Schenkel über mindestens einen kleinen Induktionsspalt magne tisch abschließende, dem jeweiligen Rücken gegenüberliegende weichmagnetische Elemente zur Kopplung mit den Platten des Plattenlautsprechers, wobei Wechselfluss und Gleichfluss wie derum unsymmetrisch einander überlagert sind derart, dass ein resultierendes Drehmoment an dem jeweiligen weichmagnetischen Element sich im Wesentlichen linear zum Tonsignal verhält.

Die Polung der Wechselfelderreger wird dabei so gewählt, dass die Wechselflüsse an den Rücken der E-Kerne nicht gegensin nig, sondern gleich gerichtet sind. In dem Fall erhalten die nach außen abzugebenden Momente ihr Gegenmoment vom jeweils anderen E-Kern, so dass die gesamte Treiberanordnung bei gleichartiger äußerer Belastung (vorzugsweise durch Anreihen der gleichartigen Vorder- und Rückplatte) keine Drehbe schleunigung erfährt und somit einen Momententreiber für Mo nopol-Plattenlautsprecher bildet.

Alternativ kann anstelle zweier Rücken an Rücken zueinander angeordneter weichmagnetischer Kerne in E-Form auch ein einstückiger weichmagnetischer Kern mit zusammen sechs Schen keln verwendet werden, der zwei Rücken an Rücken zueinander fest miteinander verbundene E-Teilformen aufweist. Sowohl der einstückige Kern aus zwei E-Teilformen als auch der aus zwei einzelnen Kernen mit E-Form aufgebaute Treiber kann dabei in gleicher Weise ausgestaltet und weitergebildet werden wie der einzelne Kern in E-Form.

Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist ein weich magnetischer Kern in einer drei Schenkel und einen Rücken aufweisenden E-Form am Rand der Platte des Plattenlautspre chers angeordnet, wobei dessen äußere Schenkel zangenartig zur Platte hin gebogen sind und wobei sich auf der dem Rücken gegenüberliegenden Seite die Platte befindet. Weiterhin ist ein mit dem weichmagnetischen Kern magnetisch gekoppelter Wechselfelderreger zur Erzeugung eines von einem Tonsignal abhängigen magnetischen Wechselflusses in dem weichmagneti schen Kern sowie ein mit dem weichmagnetischen Kern magne tisch gekoppelter, in der Platte im Bereich der offenen Enden der Schenkel angeordneter Gleichfelderreger zur Erzeugung ei nes magnetischen Gleichflusses vorgesehen, wobei Wechselfluss und Gleichfluss unsymmetrisch einander überlagert sind der art, dass eine resultierende Kraft an dem Gleichfelderreger proportional zum Tonsignal ist. Damit ist es möglich, die Platte vom Rand her anzuregen, so dass als Platten entweder durchsichtige Platten oder von beiden Seiten optisch nutzbare Platten verwendet werden können.

Bevorzugt wird bei einem derartigen Treiber als Wechselfel derreger eine am mittleren Schenkel angeordnete, von dem Ton signal angesteuerte Spule und als Gleichfelderreger ein Per manentmagnet vorgesehen, wobei die äußeren Schenkel einen pa rallel zur Plattennormalen gerichteten magnetischen Gleich fluss des Permanentmagneten sowie einen aus dem mittleren Schenkel austretenden Wechselfluss erfassen derart, dass sich Wechselfluss und Gleichfluss an einem der äußeren Schenkel addieren und am anderen äußeren Schenkel subtrahieren.

Vorzugsweise werden dabei zur Halterung zwischen den äußeren Schenkeln und der Platte jeweils nichtmagnetische Federele mente eingefügt, mit denen dann die zangenartigen Schenkel die Platte fassen und am Rand gelenkig lagern. Somit wird mit geringstem Aufwand zusätzlich eine Lagerung der Platte er zielt.

Ebenso kann bei sämtlichen Treibern der Gleichfluss des/der Gleichfelderreger(s) veränderbar sein, so dass die Lautstärke des Plattenlautsprechers veränderbar ist.

Schließlich wird ein erfindungsgemäßer elektromagnetischer Treiber beispielsweise derart angeordnet, dass die von ihm erzeugten Kräfte innerhalb eines Randbereichs der Platte an greifen, wobei der Randbereich eine Breite aufweist, die in etwa gleich der Dicke der Platte ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen ver sehen sind. Es zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Treibers zur Anwendung bei einem Plattenlautspre cher,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Treibers zur Anwendung bei einem Monopolplatten lautsprecher und

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Treibers zur Montage am Rand des Plattenlautspre chers,

Fig. 4 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Treibers zur Montage am Rand des Plattenlautspre chers und

Fig. 5 eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Treibers zur Montage am Rand des Plattenlautspre chers.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen elektromagnetischen In ertial-Momenten-Treiber, der mit einer Sandwichmembran 1 ei nen Multiresonanzplattenlautsprecher ergebend gekoppelt ist. Ein weichmagnetischer Polkern 2 in E-Form (beispielsweise aus Ferrit-Material) mit zwei Außenschenkeln und einem Mittel schenkel ist mit einer unbeweglichen Treiberspule 4 als Wech selfelderreger an einem der Außenschenkel bestückt. Auch die Bestückung beider Aussenschenkel mit je einer vom gleichen Strom duchflossenen Treiberspule ist möglich. Bei der Ausfüh rungsform nach Fig. 1 erfolgt die Vormagnetisierung im Mit telschenkel mittels eines Gleichfelderregers wie beispiels weise einer gleichstromdurchflossenen Spule oder durch einen Permanentmagneten 3. Die Richtung des zugehörigen Gleichfeld vektors 10 ist in Richtung des mittleren Schenkels orien tiert, wobei die Polarität (N-S oder S-N) beliebig ist. Ein tonfrequenter Wechselstrom I durchfließt die Treiberspule 4 und erzeugt dabei einen Wechselfeldvektor 9. Dieser tonfrequent schwankende Wechselfeldvektor 9 addiert sich in einem Außenschenkel zum Gleichfeldvektor 10 und im anderen Außen schenkel hingegen subtrahiert er sich vom Gleichfeldvektor 10.

Ein weichmagnetisches Joch 5 schließt einen magnetischen Kreis, der sich über den weichmagnetischen Polkern 2 fort setzt. Das Joch 5 ist dabei kippbar auf dem Mittelschenkel gelagert. Das Kipplager 6 kann wie in Fig. 1 gezeigt als scharfe Schneide ausgeführt sein, kann jedoch auch auf jede andere geeignete Weise realisiert werden. Wichtig dabei ist es, dass die vorhandenen gleichgerichteten Kräfte aus beiden Außenschenkeln im Lager 6 eine quasi inkompressible Stütze finden, dass aber Kippbewegungen mit dem Lager 6 als Dreh punkt einem vergleichsweise geringen Widerstand ausgesetzt sind.

Die Kraft F_L(t) über der Zeit t in einem Schenkel ist dabei

F_L(t) = β.B_L ²(t)

und die Kraft F_R(t) im anderen Schenkel ist dann gleich

F_R(t) = β.B_R ²(t),

wobei sich für die Kraftdifferenz ΔF(t) daraus ergibt:

ΔF(t) = β(B_R ² - B_L ²) = 4β B_TB_O.

mit

B_L = B_T(t) + B_O

B_R = B_T(t) - B_O

B_T(t) = α.I(t)

ist. Dabei steht B_L für den magnetischen Fluss in dem ersten äußeren Schenkel, B_R für den magnetischen Fluss in dem zwei ten äußeren Schenkel, B_T(t) für den durch den Wechselfelderreger erzeugten Wechselfluss, B_O für den durch den Gleichfel derreger erzeugten Gleichfluss, I(t) für den zeitabhängigen tonfrequenten Erregerstrom und α, β für Wandlerkonstanten.

Wie zu ersehen ist, verhält sich trotz der quadratischen Kraft-Strom-Kennlinie eines einzelnen magnetisierten Schen kels die Kraftdifferenz an den Enden des als zweiseitiger He bel wirkenden Joch S. also das Moment, streng linear zur tonfreguenten Induktion und damit zum Tonsignal selbst.

Zur mechanischen Stabilisierung der Treiberkonstruktion wie insbesondere der Definition eines mechanischen Ruhepunktes sind nichtmagnetische Federelemente 7 so eingefügt, dass sie jeden der Außenschenkel mit dem Joch 5 verbinden. Das Reakti onsmoment zur tonfrequenten Kippschwingung stammt bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung ausschließlich aus der Rotations trägheit der gesamten Anordnung. Alternativ könnte hier auch eine Brückenkonstruktion (Gantry) die Rückseite des Treibers mit einer Plattenhalterung verbinden.

Ausgehend von dem in Fig. 1 gezeigten Treiber kann auf ein fache Weise ein Monopol-Multiresonanzplattenlautsprecher mit einem oder mehreren, innenliegenden elektromagnetischen Mono polmomententreibern realisiert werden.

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt eines Monopol-Multiresonanz- Plattenlautsprechers mit einer vorderen 1 und hinteren 1' Sandwichplatte. Die beiden Platten 1, 1' werden mittels eines (oder mehrerer) Monopol-Momentenreiber verbunden. Ein Mono polmomententreiber entsteht durch Rücken-zu-Rücken-Anordnung zweier gleicher Intertialmomententreiber gemäß der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform. Dabei kann zur rationelleren Fer tigung und/oder zur Verringerung der Bautiefe die Rücken-zu- Rücken-Montage durch einen einstückigen Kern mit entsprechen der Form ausgebildet werden.

Dabei sind bei dem beispielhaften Monopol-Momentenreiber aus Fig. 2 zwei Intertial-Momenten-Treiber entsprechend Fig. 1 Rücken-an-Rücken miteinander sowie an der dem Rücken gegenü berliegenden Seite mit zwei Sandwichmembranen 1, 1' gekop pelt. Zwei weichmagnetische Polkerne 2, 2' in E-Form (bei spielsweise aus Ferrit-Material) mit jeweils zwei Außenschen keln und einem Mittelschenkel sind demnach mit jeweils einer unbeweglichen Treiberspule 4, 4' als Wechselfelderreger an einem der Außenschenkel bestückt. Die Vormagnetisierung er folgt im jeweiligen Mittelschenkel mittels jeweils eines Gleichfelderregers wie beispielsweise einer gleichstromdurch flossenen Spule oder durch einen Permanentmagneten 3, 3'. Der zugehörige Gleichfeldvektor 10, 10' ist in Richtung des mitt leren Schenkels orientiert, wobei die Polarität (N-S oder S- N) beliebig ist. Ein tonfrequenter Wechselstrom I durchfließt die Treiberspule 4, 4' und erzeugt dabei einen Wechselfeld vektor 9, 9'. Dieser tonfrequent schwankende Wechselfeldvek tor 9, 9' addiert sich in einem Außenschenkel zum Gleichfeld vektor 10, 10' und im anderen Außenschenkel hingegen subtra hiert er sich vom Gleichfeldvektor 10, 10'.

Der Vorteil des elektromagnetischen Monopolmomententreibers besteht darin, dass er nicht auf die Intertialkraft als Mo mentenreaktion angewiesen ist. Demzufolge kann die Masse der feststehenden Treiberspulen 4, 4' wesentlich reduziert wer den. Die beiden Treiberspulen 4, 4' müssen vom selben tonfre quenten Strom durchflossen werden, wobei die Spulenbeschal tung so zu wählen ist, dass sich die Antriebsmomente an der Rücken-zu-Rücken-Verbindung kompensieren. Ein weiterer Vor teil eines Monopolplattenlautsprechers ist die Reduzierung des akustischen Dipolkurzschlusses.

Fig. 3 zeigt im Querschnitt den Rand einer Platte 1 eines Plattenlautsprechers und einen zangenförmigen elektromagneti schen Rand-Treiber in Arbeitsposition. Bei der Platte 1 han delt es sich um eine Sandwichkonstruktion, jedoch ist auch jede andere Bauweise möglich. Üblicherweise sorgt ein kontinuierlich oder stückweise unterbrochenes, umlaufendes Polster für eine gelenkige Lagerung der Platte 1, insbesondere bei Multiresonanzbetrieb. Dieses "gelenkige" Polster stützt sich seinerseits am umlaufenden Rahmen ab. Bei dem in Fig. 3 ge zeigten Treiber übernimmt ein Federelement 7 die Rolle des gelenkigen Lagers. Ein zangenförmig gebogener, weichmagneti scher Polkern 2 in E-Form stützt sich an einem nicht näher gezeigten Rahmen ab.

Im Gegensatz zu den in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Magnet systemen wird bei dem Treiber nach Fig. 3 ein aus einer Spu le 4 stammender Treiberfluss 9 in einem Mittelschenkel 8 er zeugt. Ein Permanentmagnet 3 von geringem Gewicht (beispiels weise ein Seltenerdenmagnet wie Neodym) wird in den Platten rand eingelassen oder (in der Zeichnung nicht dargestellt) als zwei dünne Plättchen auf je eine Oberfläche des Randbe reichs aufgeklebt. Er erzeugt den Permanentfluss (Gleichfeld vektor 10). Der Fluss zwischen Mittelschenkel und je einem der äußeren Schenkel ergibt sich bei dieser Anordnung jeweils aus Summe oder Differenz der einzelnen Flüsse (10, 19). Da durch wird die resultierende Differenz der Kräfte, die auf den in die Platte 1 eingelassenen Permanentmagneten 3 wirken, aus beiden zangenförmig gebogenen Schenkeln trotz quadrati scher Kennlinie wieder proportional zum Spulenstrom.

Schließlich können erfindungsgemäße Treiber allein oder zu sätzlich mit anderen Treibern eine einzelne Platte oder vor dere und hintere Platte antreiben, wobei diese bevorzugt durch eine leichte, biegesteife, freitragende Sandwichmembran als einzelne realisiert werden. Zudem kann ein Rahmen die ei ne oder beide Platten halten.

Bei dem in Fig. 4 gezeigten erfindungsgemäßen Treiber ist in einer Klangplatte 1 in Kantennähe ein weichmagnetisches Joch 5 eingelagert. Des weiteren sind ein E-förmiger Polkern 2, 2', eine vom Signalstrom durchflossene feststehende Magnet spule 4, 4' und ein in den Mittelschenkel des E-förmigen Polkerns 2, 2' eingefügter Permanentmagnet 3, 3' vorgesehen. Der E-förmige Polkern 2, 2' stützt sich über ein (Spitzen- oder) Schneidenlager 6, 6' auf dem 'Polkern 2, 2 ab, so daß dieses Joch 5, 5' infolge eines magnetisch hervorgerufenen Drehmo mentes um einen festen Drehpunkt (Schneidenlager 6, 6') wip pen kann. Ein Momententreiber dieser Art kann überall auf der Oberfläche der Klangplatte 1 plaziert werden. Vorzugsweise wird eine eben beschriebene Anordnung dupliziert. Die dupli zierte Anordnung wirkt unter Verwendung einer weiteren Mag netspule 4', eines weiteren Polkerns 2', eines weiteren Per manentmagneten 3' spiegelbildlich von der Gegenseite auf die Klangplatte 1. In der in Fig. 4 gezeigten Form ist die Wipp- Bewegung aufgrund des Schneidenlagers 6, 6' nicht optimal.

Demgegenüber verbessert ist die in Fig. 5 gezeigte Ausfüh rungsform, die sich zunächst nur durch das Fehlen des Schnei denlagers 6, 6' unterscheidet. Die fehlende Stütze (Schnei denlager 6, 6') wird bei der Ausführungsform nach Fig. 5 durch eine rückseitige starre Verbindung (Stütze 23) ausge glichen, die in Fig. 5a noch nicht erkennbar ist, aber im Schnitt A-B aus Fig. 5b ersichtlich ist.

Wiederum ist eine "zangenartige" Konstruktion des erfindungs gemäßen Treibers zu sehen. Die beiden Polkerne 2 und 2' sind außerhalb der Randzone der Platte durch eine starre Stütze 23 fest verbunden. Die Klangplatte 1 mit dem eingelagerten weichmagnetischen Joch 5 "schwebt" mittig berührungslos im Griff der leicht geöffneten "Zange". Die Klangplatte 1 muß in dieser Position gehaltert werden (zum Beispiel durch das nichtmagnetsiches Federelement 7), jedoch kann dies auch un abhängig vom Treiber erfolgen.

Bei einem elektromagnetischen Treiber ohne stromdurchflosse nen Leiter im Polfeld sind im wesentlichen drei Kraftwirkun gen zu bedenken. Die Kraft auf sättigungsmagentisierte Teile im homogenen Feld, die Kraft auf weichmagnetische Teile im homogenen Feld und die Kraft auf weichmagnetische Teile im inhomogenen Feld. Die beiden zuerst genannten Effekte wurden oben bereits genannt, während der dritte Effekt, bei dem die Kraft proportional zum Feldgradienten ist, in diesem Fall ganz ausscheidet. In guter Näherung ist das Feld zwischen dem oberen und dem unteren E-förmigen Polkern 2, 2' homogen. Da das Joch 5 nicht magnetisiert ist, verbleibt bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform maßgeblich die Kraft auf weich magnetische Teile im homogenen Feld.

Betrachtet man zunächst nur die eine Hälfte des spiegelbild lichen Aufbaus des Treibers (in Fig. 5 die obere Hälfte), so ergibt sich folgendes: Der mittlere Schenkel des Polkerns 2 ist durch die Einfügung des Permanentmagneten 3 hoch gesät tigt und praktisch nicht mehr leitfähig und daher praktisch als magnetische Konstantflußquelle anzusehen. Dieser Perma nentfluß verteilt sich symmetrisch und gleichgerichtet auf die beiden äußeren Schenkel des E-förmigen Polkerns 2. Der aus der Magnetspule 4 stammende Signalfluss hingegen fließt ohne Beachtung des nicht mehr leitenden Mittelschenkels zum anderen Außenschenkel. Somit findet an einem Außenschenkel eine Addition, am anderen Außenschenkel eine Subtraktion der jeweiligen Induktionen B statt. Das weichmagnetische Joch 5 schließt alle Kreise. Damit ergeben sich verschiedene Anzie hungskräfte F_L, F_R im linken und rechten Außenschenkel. Für den linken Außenschenkel ergibt sich damit.

F_L = As(B_s + B_P)²/µ,

wobei A die Polfläche und s den Spaltabstand bezeichnen. Ent sprechend gilt für den rechten Außenschenkel:

F_R = As(B_s - B_P)²/µ.

Demzufolge entsteht im Joch 5 ein Drehmoment M, welches wie folgt beschrieben werden kann:

M = (F_L - F_R)d/2 = 2AsdB_sB_P/µ,

wobei d für die Jochlänge und damit für den "Dipolabstand" steht. Das Drehmoment M ist linear proportional zur Induktion B_s und damit zum Signalstrom I. Voraussetzung dafür ist die Abstützung auf dem Kipplager (Schneidenlager 6) und damit ei ne daraus resultierende Hebelwirkung. Ohne das Kipplager (Schneidenlager 6) als Stütze wäre auch die Summenkraft wirk sam, die sich quadratisch zum Signalstrom verhält.

Wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt, kann eine "randständige Zangenkonstruktion" die Abstützung auf dem Polkern ersetzen durch eine rückwärtige gegenseitige Abstützung der beiden E- förmigen Polkerne. Bei der Abstützung mit Momentenbildung ist dabei die Polarität der einzelnen Spulen und Permanentmagnete so zu wählen, daß an einem Außenschenkel die Summenkraft ent steht und an dem anderen die Differenzkraft, wobei der spie gelbildliche E-förmige Polkern genau entgegengesetzt polari siert ist. Das heißt, daß der Summenkraft des Außenschenkels eines E-förmigen Polkerns 2 eine Differenzkraft am entspre chenden Außenschenkel des anderen E-förmigen Polkerns 2' und umgekehrt gebildet wird. Bei falscher Wahl der Polarität wird kein Moment entstehen, bei richtiger Wahl das doppelte Mo ment.

Bei den erfindungsgemäßen Treibern bietet es sich an, die Schwingspalte im Polbereich der Permanentmagnete der Treiber mit flexiblen Polstern auszufüllen, die die Vibrationen wenig beeinträchtigen, aber das statische Gewicht der Klangplatte aufnehmen können. Je mehr Treiber am Rand an geordnet sind, desto weicher können die Polster ausgelegt werden. Der besse ren Übersichtlichkeit wegen wurden diese Polster in den Figu ren jedoch weggelassen.

Ein generelles Problem bei Multiresonanzplattenlautsprechern ist die Abstimmung der Klangplatte, so daß der Frequenzgang der akustischen Abstrahlung den gewünschten breitbandig linearen Verlauf zeigt. Diese Abstimmung kann üblicherweise mit einigem Erfolg durch geschickte Plazierung und Empfind lichkeitseinstellung der auf der Klangplatte verteilten Trei ber geschehen. Je mehr Treiber aber verwendet werden, desto schwerer wird die Abstimmung. Durch die Massenbelastung ent stehen neue gravierende Verstimmungen. Bei den erfindungsge mäßen Treibern eröffnet sich jedoch die Möglichkeit der Klangplattenabstimmung ohne Massenbelastung.

Drei wesentliche, verstellbare Parameter von signalstrom durchflossenen, zusätzlichen erfindungsgemäßen Treibern kön nen zur aktiven Plattenabstimmung benutzt werden: der Dipol abstand d, die Empfindlichkeit und die Position längs des Randes. Mit dem Dipolabstand können gezielt Schwingungsmoden von passender Biegewellenlänge angesprochen werden. Durch die Wahl der Plazierung längs des Randes erhöht sich die Treffsi cherheit. Durch die Einstellung der Empfindlichkeit wird die Wirkung dieser elektronischen aktiven Plattenabstimmung rich tig dosiert. Darüber hinaus kann bei zu Anzeigezwecken be nutzten Klangplatten mit nur am Rand angeordneten Treibern durch geeignete Einstellung der eben genannten Parameter eine Abstimmung herbeigeführt werden.

Bezugszeichenliste

1

,

1

' Platte

2

,

2

' Polkern

3

,

3

' Permanentmagnet

4

,

4

' Spule

5

,

5

' weichmagnetisches Joch

6

,

6

' Schneidenlager

7

,

7

' nichtmagnetisches Federungselement

8

,

8

' Mittelschenkel des Polkerns

9

,

9

' magnetischer Wechselfeldvektor

10

,

10

' magnetischer Gleichfeldvektor

17

,

17

' Magnetspule

18

,

18

' Polkern

19

,

19

' Permanentmagnet

20

Schneidenlager

21

Platte

22

Joch

23

Stütze
I Tonfrequenter Wechselstrom
N Nordpol
S Südpol
d Jochlänge

Claims

1. Elektromagnetischer Treiber für einen Plattenlautspre cher mit
einem weichmagnetischen Kern (2) in einer drei Schenkel und einen Rücken aufweisenden E-Form,
einem mit dem weichmagnetischen Kern (2) magnetisch ge koppelten Wechselfelderreger (4) zur Erzeugung eines von ei nem Tonsignal (I) abhängigen magnetischen Wechselflusses in dem weichmagnetischen Kern (2),
einem mit dem weichmagnetischen Kern (2) magnetisch ge koppelten Gleichfelderreger (3) zur Erzeugung eines magneti schen Gleichflusses in dem weichmagnetischen Kern (2),
einem die Schenkel über mindestens einen kleinen Indukti onsspalt magnetisch abschließenden, dem Rücken gegenüberlie genden weichmagnetischen Element (5) zur Kopplung mit der Platte (1) des Plattenlautsprechers,
wobei sich Wechselfluss und Gleichfluss an einem der äu ßeren Schenkel des weichmagnetischen Kerns (2) addieren und an dem anderen äußeren Schenkel des weichmagnetischen Kerns (2) subtrahieren derart, dass sich eine resultierende Kraft oder ein resultierendes Drehmoment an dem weichmagnetischen Element (5) sich im Wesentlichen linear zum Tonsignal (I) ver hält.

2. Elektromagnetischer Treiber nach Anspruch 1, bei dem als weichmagnetisches Element ein Joch (5) vorgesehen ist, das auf dem freien Ende des mittleren Schenkels des weichmagnetischen Kerns (2) kippbar gelagert ist und zumin dest gegenüber den anderen beiden Schenkeln des weichmagneti schen Kerns (2) Induktionsspalte aufweist derart, dass das mittels des Wechselfelderregers (4) angetriebene Joch (5) ein entsprechendes Drehmoment erzeugt.

3. Elektromagnetischer Treiber nach Anspruch 1 oder 2, bei dem als Wechselfelderreger eine an einem oder beiden äußeren Schenkel des weichmagnetischen Kerns (2) angeordnete, von dem Tonsignal (I) angesteuerte Spule (4) vorgesehen ist.

4. Elektromagnetischer Treiber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem als Gleichfelderzeuger ein Permanentmagnet (3) vorgesehen ist, der im mittleren Schenkel des weichmagnetischen Kerns (2) angeordnet ist.

5. Elektromagnetischer Treiber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem als Gleichfelderzeuger eine von einem Gleichstrom durch flossene Spule vorgesehen ist, die am mittleren Schenkel des weichmagnetischen Kerns (2) angeordnet ist.

6. Elektromagnetischer Treiber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Joch (5) durch zwei in den Induktionsspalten zwischen den äußeren Schenkeln des weichmagnetischen Kerns (2) und dem Joch (5) angeordneten nichtmagnetischen Federelementen (7) in einer Ruhelage gehalten wird.

7. Elektromagnetischer Treiber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem zum Lagern des Jochs (5) an dem mittleren Schenkel des weichmagnetischen Kerns (2) ein nichtmagnetisches Lager (6) vorgesehen ist.

8. Elektromagnetischer Treiber für einen Plattenlautspre cher mit
zwei weichmagnetischen Kernen (2, 2') in jeweils einer drei Schenkel und einen Rücken aufweisenden E-Form, die Rü cken an Rücken fest zueinander angeordnet sind,
zwei mit jeweils einem der weichmagnetischen Kerne (2, 2') magnetisch gekoppelten Wechselfelderregern (4, 4') zur Erzeugung eines von einem Tonsignal (I) abhängigen magneti schen Wechselflusses in dem jeweiligen weichmagnetischen Kern (2, 2'),
zwei mit jeweils einem der weichmagnetischen Kerne (2, 2') magnetisch gekoppelten Gleichfelderregern (3, 3') zur Erzeugung eines magnetischen Gleichflusses in dem jeweiligen weichmagnetischen Kern (2, 2'),
zwei die jeweiligen Schenkel über mindestens einen klei nen Induktionsspalt magnetisch abschließenden, dem jeweiligen Rücken gegenüberliegenden weichmagnetischen Elementen (5, 5') zur Kopplung mit zwei Platten (1, 1') des Plattenlautspre chers,
wobei sich Wechselfluss und Gleichfluss an einem der äu ßeren Schenkel des jeweiligen weichmagnetischen Kerns (2, 2') addieren und an dem anderen äußeren Schenkel des weichmagne tischen Kerns (2, 2') subtrahieren derart, dass sich eine re sultierende Kraft oder ein resultierendes Drehmoment an dem weichmagnetischen Element(5) sich im Wesentlichen linear zum Tonsignal (I) verhält.

9. Elektromagnetischer Treiber für einen Plattenlautspre cher mit
einem einstückigen weichmagnetischen Kern (2, 2') in Form zweier jeweils drei Schenkel aufweisenden, Rücken an Rücken miteinander verbundener E-Teilformen (2, 2'),
zwei mit jeweils einer der E-Teilformen (2, 2') magne tisch gekoppelten Wechselfelderregern (4, 4') zur Erzeugung eines von einem Tonsignal (I) abhängigen magnetischen Wech selflusses in dem weichmagnetischen Kern (2, 2'),
zwei mit jeweils einem der einer der E-Teilformen magne tisch gekoppelten Gleichfelderregern (3, 3') zur Erzeugung eines magnetischen Gleichflusses in dem jeweiligen weichmag netischen Kern (2, 2'),
zwei die Schenkel der jeweiligen E-Teilformen über min destens einen Induktionsspalt magnetisch abschließenden, dem jeweiligen Rücken gegenüberliegenden weichmagnetischen Ele menten (5, 5') zur Kopplung mit zwei Platten (1, 1') des Plattenlautsprechers,
wobei sich Wechselfluss und Gleichfluss an einem der äu ßeren Schenkel des jeweiligen weichmagnetischen Kerns (2, 2') addieren und an dem anderen äußeren Schenkel des weichmagne tischen Kerns (2, 2') subtrahieren derart, dass sich eine resultierende Kraft oder ein resultierendes Drehmoment an dem weichmagnetischen Element(5) sich im Wesentlichen linear zum Tonsignal (I) verhält.

10. Elektromagnetischer Treiber für einen Plattenlaut sprecher mit
einem weichmagnetischen Kern (2) in einer drei Schenkel und einen Rücken aufweisenden E-Form, der an dem Rand der Platte (1) angeordnet ist derart, dass an dessen dem Rücken gegenüberliegende Seite die Platte (1) sich befindet und des sen beiden äußere Schenkel zangenartig zur Platte (1) hin ge bogen sind, und
einem mit dem weichmagnetischen Kern (2) magnetisch ge koppelten Wechselfelderreger (4) zur Erzeugung eines von ei nem Tonsignal (I) abhängigen magnetischen Wechselflusses in dem weichmagnetischen Kern (2) und
einem mit dem weichmagnetischen Kern (2) magnetisch ge koppelten, in der Platte (1) angeordneten Gleichfelderreger (3) zur Erzeugung eines magnetischen Gleichflusses in dem weichmagnetischen Kern (2),
wobei sich Wechselfluss und Gleichfluss an einem der äu ßeren Schenkel des weichmagnetischen Kerns (2) addieren und an dem anderen äußeren Schenkel des weichmagnetischen Kerns (2) subtrahieren derart, dass sich eine resultierende Kraft oder ein resultierendes Drehmoment an dem weichmagnetischen Element (5) sich im Wesentlichen linear zum Tonsignal (I) ver hält.

11. Elektromagnetischer Treiber nach Anspruch 10, bei dem
als Wechselfelderreger eine am mittleren Schenkel ange ordnete, von dem Tonsignal (I) angesteuerte, feststehende Spule (4) und als Gleichfelderreger ein Permanentmagnet (3) vorgesehen ist, wobei
an den äußeren Schenkel des weichmagnetischen Kerns (2) ein parallel zur Plattennormalen gerichteter magnetischer Gleichfluss des Permanentmagneten (3) sowie an dem mittleren Schenkel des weichmagnetischen Kerns (2) ein aus diesem aus tretender Wechselfluss auftritt.

12. Elektromagnetischer Treiber nach Anspruch 10 oder 11, bei dem zwischen den äußeren Schenkeln des weichmagnetischen Kerns (2) und der Platte (1) jeweils nichtmagnetische Federelemente (7) angeordnet sind.

13. Elektromagnetischer Treiber nach einem der Ansprüche 1 bis 12, der
derart angeordnet ist, dass die von ihm erzeugten Kräfte innerhalb eines Randbereichs der Platte (1) angreifen, wobei
der Randbereich eine Breite aufweist, die in etwa gleich der Dicke der Platte ist (1).

14. Elektromagnetischer Treiber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit
einem weiteren weichmagnetischen Kern (2') in einer drei Schenkel und einen Rücken aufweisenden E-Form,
einem mit dem weichmagnetischen Kern (2) magnetisch ge koppelten weiteren Wechselfelderreger (4') zur Erzeugung ei nes von einem Tonsignal (I) abhängigen magnetischen Wechsel flusses in dem weiteren weichmagnetischen Kern (2'),
einem mit dem weiteren weichmagnetischen Kern (2') magne tisch gekoppelten weiteren Gleichfelderreger (3') zur Erzeu gung eines magnetischen Gleichflusses in dem weiteren weich magnetischen Kern (2'),
wobei die beiden weichmagnetischen Kerne (2, 2') mit ein ander zugewandten Schenkelenden beiderseits der Platte (1) angeordnet sind derart, dass das weichmagnetische Element (5) zur Kopplung mit der Platte (1) die Schenkel des weiteren magnetischen Kerns (2') über mindestens einen kleinen Induk tionsspalt magnetisch abschließt, und
wobei sich Wechselfluss und Gleichfluss an einem der äu ßeren Schenkel des weiteren weichmagnetischen Kerns (2') ad dieren und an dem anderen äußeren Schenkel des weiteren weichmagnetischen Kerns (2') subtrahieren derart, dass sich eine resultierende Kraft oder ein resultierendes Drehmoment an dem weichmagnetischen Element(5) sich im Wesentlichen li near zum Tonsignal (I) verhält.