Magnetsystem für einen dynamischen Lautsprecher

Abstract

 Um mit einem sotchen Magnetsystem auf einfache Wei- se den Klirrfaktor des Lautsprechers zu verbessern, weist das Magnetsystem Mittel auf, die bewirken, daß das Magnetsystem im Sättigungsbereich seiner magnetischen Kennlinie arbeitet. Diese Mittel teilen den Magnetkreis des Magnetsystems in einen Abschnitt (22) mit magnetischer Sättigung und Abschnitte (29, 30) die magnetisch ungesättigt sind und die an den Luftspalt (15) angrenzen auf.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Magnetsystem fuer einen dynamischen Lautsprecher mit einem Magnetkreis mit einem Luftspalt in dem in einer Bewegungsrichtung bewegbare, an eine Stromquelle angeschlossene Leiter vorgesehen sind.

[0002] Bei dynamischen Lautsprechern sind stromdurchflossene Leiter meistens in einer Schwingspule oder Tauchspule angeordnet. Diese taucht in ein ringfoermiges Magnetfeld ein. Die Schwing- oder Tauchspule ist beispielsweise an einen Verstaerker angeschlossen, der elektrische Signale abgibt, die in akustische Signale umzuwandeln sind. Diese elektrischen Signale bewirken eine Auslenkung der Schwing- oder Tauchspule im Magnetfeld bzw im Luftspalt wodurch eine Membrane angetrieben werden kann.

[0003] Die Abstrahlung von tiefen Toenen mit genuegender Lautstaerke ist praktisch nur mit Tauchspulsystemen moeglich. Die Wiedergabetreue von Tauchspul-Lautsprechern ist aber durch verschiedene Umstaende begrenzt, wie nichtlineare Rueckstellkraft der Aufhaengung der Membrane, nichtlineare Rueckstellkraft verursacht durch das Luftpolster im Lautsprechergehaeuse (Adiabatik), Inhomogenitaet des Magnetfeldes im Luftspalt, Eigenresonanzen von Membrane und Gehaeuse, Wirbelstroeme und Hysterese in den Polschuhen des Antriebssystems der Membrane usw.

[0004] Es ist bekannt die Wiedergabetreue von dynamischen Lautspreehern durch Massnahmen an der Schwingspule oder an der Membran und dessen Aufhaengung zu verbessern. Es ist weiter bekannt, die Wiedergabetreue von dynamischen Lautsprechern dadurch zu verbessern, dass man sie mit einem moeglichst grossen und starken Magnetsystem ausruestet.

[0005] Der Nachteil der so bekannten Loesungen besteht darin, dass sie entweder technisch aufwendig, teuer und kompliziert sind, oder dass sie einfach sind, aber dafuer grosse, schwere und teure Lautsprecher ergeben. Grundsaetzlich ist aber bei solchen grossdimensionierten Magnetsystemen die Kraft, die auf die Schwingspule wirkt und die dazu bestimmt ist, die Membran anzutreiben, nicht genau proportional dem Strom, der in der Schwingspule fliesst. Der Strom in der Schwingspule erzeugt einerseits eine zusaetzliche Erregung im Magnetkreis d.h. im ganzen Magnetsystem bestehend aus dem Erreger, den Polstuecken und dem Luftspalt und andererseits eine Veraenderung des Magnetfeldes im Luftspalt allein.

[0006] Die zusaetzliche Erregung im Magnetkreis entspricht der Ankerrueckwirkung bei elektrischen Antrieben. Diese zusaetzliche Erregung im Magnetkreis, die abhaengig ist von der Richtung mit welcher der Strom durch die Schwingspule fliesst, hat eine Verstaerkung oder Schwaechung des Magnetfeldes im ganzen Magnetkreis und somit auch im Luftspalt zur Folge. Das bedeutet beispielsweise, dass bei konstantem Strom die Kraft, die die Schwingspule nach aussen treibt kleiner ist, als die Kraft die sie nach innen zieht. Akustisch aeussert sich das in der Entstehung quadratischer Verzerrungen. Zudem verschiebt sich der Mittelpunkt der Schwingungen der Schwingspule nach innen bezogen auf den Magneten, was allgemein als mechanische Gleichrichtung bezeichnet wird. Dadurch wird auch die moegliche Schwingungsamplitude reduziert.

[0007] Die Veraenderung des Magnetfeldes im Luftspalt allein besteht darin, dass die magnetische Feldstaerke ueber die Tiefe des Luftspaltes gesehen ein Gefaelle aufweisen kann. Dieses Gefaelle aendert sich wenn die Richtung des Stromes oder wenn die Staerke des Stromes in der Schwingspule sich aendert. Aus der japanischen Patentanmeldung Nr 51-138431 ist eine Vorrichtung bekannt, die zum Ziel hat, die Nachteile der genannten Veraenderung des Magnetfeldes im Luftspalt auszugleichen und dafuer zu sorgen, dass der Strom in der Schwingspule nicht verzerrt wird. Dabei wird vorgeschlagen, Mittel unmittelbar an den Luftspalt angrenzend anzuordnen, in denen der Magnetfluss teilweise gesaettigt ist. Damit wird erreicht, dass der Strom in der Schwingspule nicht durch ein sich aenderndes Magnetfeld im Luftspalt nachteilig beeinflusst wird.

[0008] Die genannten Probleme sind ebenfalls bereits aus der US-Patentschrift Nr 4,295,011 bekannt. Die unerwuenschten Wirkungen des zusaetzlichen Magnetfeldes, das durch die bewegte und stromdurchflossene Schwingspule erzeugt wird, werden dabei durch konstruktive Massnahmen an den Begrenzungsflaechen des Luftspaltes zwischen den Polen bekaempft. Ziel dieser Massnahmen ist es, das Magnetfeld im Luftspalt zu fokussieren. Wie auch gemaess dem Vorschlag aus der genannten japanischen Patentanmeldung wird in diesem Falle das Magnetfeld im Luftspalt veraendert, um eine positive Wirkung auf die Schwingspule zu erreichen. Das Magnetfeld im gesamten Magnetkreis wird dabei nicht beeinflusst. Es wird lediglich das Magnetfeld im Luftspalt allein veraendert.

[0009] Es ist weiter aus der deutschen Patentschrift Nr 594 490 sowie ebenfalls aus der bereits genannten US-Patentschrift bekannt, den gesamten Magnetkreis, der dem Luftspalt zugeordnet ist, gesaettigt zu halten. Gemaess der US-Patentschrift ergeben sich dadurch Verbesserungen bei der Bewegung der Schwingspule. Gemaess der deutschen Patentschrift kann bei einem solchen gesaettigten Magnetkreis dann eine vorteilhafte Wirkung erzielt werden, wenn dieser gesaettigte Magnetkreis mit einem ungesaettigten Magnetkreis parallel geschaltet ist. Die positive Wirkung besteht darin, dass Brummgeraeusche im Lautsprecher, bei pulsierendem Erregerstrom eines mit Gleichstrom erregten Magnetkreises, vermieden werden koennen. Es ist aber wiederum sehr schwierig solche ueber ihre ganze Laenge gesaettigte Magnetkreise zu realisieren. Wenn der Magnetkreis gesaettigt ist, bedeutet dies, das der magnetische Widerstand im Magnetkreis gleich gross ist, wie der magnetische Widerstand der den Magnetkreis umgebenden Luft. Das Magnetfeld sucht sich dann unter Umstaenden andere Wege als denjenigen durch den Luftspalt. Es muessen dann wiederum weitere Massnahmen getroffen werden, um diese Nachteile zu vermeiden, was einen erhoehten Aufwand verursacht.

[0010] Die Erfindung wie sie in den Anspruechen gekennzeichnet ist, loest die Aufgabe ein einfaches leichtes und billiges Magnetsystem fuer einen klirrarmen dynamischen Lautsprecher zu schaffen.

[0011] Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, dass die erfindungsgemaessen Mittel fuer Magnetsysteme jeder, insbesondere auch kleiner, Groessen anwendbar sind. Der hohe differentielle magnetische Widerstand in der Umgebung des Arbeitspunktes ergibt in der Schwingspule eine geringe Induktivitaet. Dies ergibt einen besseren Frequenzgang bei hohen Frequenzen und somit eine bessere Wiedergabe hoher Toene. Im Gegensatz zu bekannten Einrichtungen zur Kompensation der durch den Schwingspulenstrom erzeugten Zusatzerregung, die nur in der Mitte der Schwingspulenbewegung genau korrigieren, ergibt die erfindungsgemaesse Loesung eine gleichmaessige Verbesserung ueber den gesamten Bereich der Schwingspulenbewegung. Die erfindungsgemaesse Loesung bietet zudem bei der Herstellung der Magnetsysteme wenig Probleme indem sie grosse Fabrikationstoleranzen zulaesst, da Magnetflussaenderungen sich wenig oder kaum auf den Betrieb des Lautsprechers auswirken. Alle Lautsprecher einer Serie koennen gleich gut klingen.

[0012] Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausfuehrungsweg darstellenden Zeichnungen naeher erlaeutert. Es zeigt

Figur 1 eine Kennlinie eines Magnetsystems,

Figur 2 ein Magnetsystem in vereinfachter Darstellung und

Figuren 3 und 4 je ein weiteres Magnetsystem wie in Figur 2.

Figur 1 zeigt eine Kennlinie 1 fuer ein bestimmtes gegebenes Magnetsystem. Diese Kennlinie 1 weist in an sich bekannter Weise einen linearen Bereich 2 und einen Saettigungsbereich 3 auf. Diese Kennlinie 1 liegt zwischen Achsen 4 und 5. Auf der vertikalen Achse 4 sind Werte fuer den magnetischen Fluss Phi und auf der horizontalen Achse 5 sind Werte fuer das Produkt aus Stromstaerke I und Windungszahl n zur Erregung des Magnetsystems oder kurz Werte fuer die Erregung im Magnetsystem aufgetragen.

[0013] Diese Kennlinie 1 drueckt aus, dass im linearen Bereich 2 einer Erhoehung der Stromstaerke in der Spule eine proportionale Erhoehung des Magnetflusses folgen muss. Sie drueckt auch aus, dass im Saettigungsbereich 3 einer Erhoehung der Erregung fast keine Erhoehung des Magnetflusses mehr folgt. Dabei kann die Erregung durch das Magnetsystem oder durch die Spule oder durch beide veraendert werden.

[0014] Mit 6 ist ein gemaess der Erfindung vorgeschlagener Arbeitspunkt fuer das Magnetsystem bezeichnet. Linien 7 und 8 geben moegliche Grenzen fuer Aenderungen des Produktes aus Stromstaerke und Windungszahl I n an. Solche Aenderungen haben beim magnetischen Fluss Phi Aenderungen zur Folge, die innerhalb von Grenzen liegen, die durch Linien 9 und 10 bezeichnet sind.

[0015] Figur 2 zeigt ein Magnetsystem 11 fuer einen dynamischen Lautsprecher mit einem Magnetkreis, der im wesentlichen aus einem Polstueck 12, einer Polscheibe 13, einem Permanentmagneten 14 als Erreger und einem Luftspalt 15 besteht. Das Magnetsystem sei rotationssymmetrisch ausgebildet, was zur Folge hat, dass der Luftspalt 15 ringfoermig ausgebildet ist. Eine Schwingspule 16, die auf einem Spulenkoerper 17 angeordnet ist, ist an eine Stromquelle 18 angeschlossen. Als Stomquelle 18 kommen beispielsweise bekannte Audio-Verstaerker in Frage. Ebenso bekannt ist, dass der Spulenkoerper 17 mit einer nicht weiter dargestellten Membrane verbunden ist. Die Schwingspule 16 besteht aus stromdurchflossenen und bewegbaren Leitern, die den Spulenkoerper 17 antreiben.

[0016] Das Polstueck 12 weist eine Einschnuerung 19 auf, die einen Querschnitt 20 definiert und einen Abschnitt 22 bildet. Dieser Querschnitt 20 beschraenkt den magnetischen Fluss, der im Magnetsystem 11 fliessen kann, genau. Im Abschnitt 22 tritt magnetische Saettigung auf. Die Staerke eines Magnetfeldes 21 im Magnetkreis und damit auch im Luftspalt 15 ist somit beschraenkt. Neben dem Abschnitt 22 schliessen Abschnitte 29 und 30 an, die magnetisch nicht gesaettigt sind. Auch der Luftspalt 15 ist magnetisch nicht gesaettigt.

[0017] Figur 3 zeigt ein Magnetsystem 11 aehnlich wie in Figur 2 gezeigt. Das Polstueck 12 weist dabei einen Abschnitt 22 auf der aus einem Material besteht, das eine geringere Saettigungsinduktion aufweist, als das uebrige Material, das fuer das Polstueck 12 und/oder die Polscheibe 13 verwendet wird.

[0018] Figur 4 zeigt ein Magnetsystem 11 mit einem Polstueck 12 einer Einschnuerung 19 fuer einen genau begrenzten Querschnitt, die eine Laenge 24 aufweist und einen Abschnitt 22 bildet, in dem magnetische Saettigung auftritt. Diese Laenge 24 entspricht der Ausdehnung des Permanentmagneten 14 oder allgemein der Ausdehnung 26 der Erregung in Richtung der Achse 27 der Schwingspule 16. Vorzugsweise ist diese Einschnuerung 19 durch einen Kurzschlussring 25 beispielsweise aus Kupfer ausgefuellt.

[0019] Die Wirkungsweise der erfindungsgemaessen Vorrichtung besteht darin, dass mit einem genau bestimmten Querschnitt 20 oder mit einer genau bemessenen Saettigungsinduktion an einer Stelle im Magnetsystem 11 ein Abschnitt 22 gebildet wird, der bewirkt, dass der Arbeitspunkt 6 des Magnetsystems 11 so festgelegt wird, dass eine kleine Aenderung der Erregung zu einer verschwindend kleinen Aenderung des Magnetflusses fuehrt. Insbesondere soll die gesamte Erregung des Magnetsystems 11, die sich aus der konstanten Erregung durch den Permanentmagneten 14 und aus der variablen Erregung durch die Schwingspule 16 zusammensetzt, einen Magnetfluss ergeben, der im Saettigungsbereich 3 der Kennlinie 1 des Magnetsystems 11 liegt. Dies hat zur Folge, dass Aenderungen des Stromes in der Schwingspule 16 praktisch keine Aenderung des magnetischen Flusses und somit keine Veraenderung des Magnetfeldes 21 bewirken. Das bedeutet ferner, dass die Kraft fuer die Auslenkung der Schwingspule 16 praktisch nur von dem Strom in proportionaler Weise abhaengt, der durch die Schwingspule 16 fliesst. Somit ergeben sich nur aeusserst geringe Klirrfaktoren fuer dynamische Lautsprecher mit entsprechenden Magnetsystemen.

[0020] Die Neigung alfa des linearen Bereiches 2 der Kennlinie 1 wird durch den genannten magnetischen Widerstand des Magnetkreises gegeben, wobei alle beteiligten Materialien unterhalb ihrer magnetischen Saettigung arbeiten. Die Neigung beta des Saettigungsbereiches 3 der Kennlinie 1 wird auch durch den magnetischen Widerstand des Magnetkreises bestimmt. Aber unter der Voraussetzung, dass gewisse Stellen im Magnetkreis ueber ihre magnetische Saettigung hinaus beansprucht werden. Je groesser die Laenge 23, 24 der Einschnuerung 19 oder des Abschnittes 22, desto geringer ist die Neigung beta des Saettigungsbereiches 3. Restliche Magnetflussaenderungen 28 (Fig. 1) im Magnetkreis koennen mit Hilfe eines Kurzschlussringes 25 (Fig. 4) weiter vermindert werden. Dessen Wirkung steigt mit hoeherwerdenden Frequenzen an.

[0021] Solche Einschnuerungen 19 oder Abschnitte 22 aus anderem Material welche den magnetischen Fluss begrenzen, koennen ueberall im Magnetkreis vorgesehen werden. Da aber die Laenge solcher Bereiche eine entscheidende Rolle spielt, eignen sich nicht alle Abschnitte des Magnetkreises gleichermassen gut. Anzustreben ist eine moeglichst\geringe Neigung beta des Saettigungsbereiches 3, da in diesem Falle der Einfluss des Magnetfeldes das von der Schwingspule 16 erzeugt wird moeglichst gering wird. Vorzugsweise sind Abschnitte 22 im Polstueck 12 aber nicht in unmittelbarer Naehe des Luftspaltes 15 anzuordnen.

Ansprüche

1. Magnetsystem fuer einen dynamischen Lautsprecher mit einem Magnetkreis (12, 13, 14) mit einem Luftspalt (15) in dem, in einer Bewegungsrichtung bewegbare und an eine Stromquelle (18) angeschlossene Leiter (16) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkreis Mittel aufweist, welche den Magnetfluss im Luftspalt (15) begrenzen, so dass der Magnetkreis in einen Abschnitt (22) magnetischer Saettigung und magnetisch ungesaettigte Abschnitte (29, 30) aufgeteilt ist, die an den Luftspalt (15) angrenzen.

2. Magnetsystem gemaess Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel im Magnetkreis ein genau bemessener Querschnitt (20) vorgesehen ist, der einen magnetisch gesaettigten Abschnitt (22) bildet.

3. Magnetsystem gemaess Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (22) aus einem Werkstoff mit geringer magnetischer Saettigung besteht.

4. Magnetsystem gemaess Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laenge (23, 24) des Abschnittes (22) der Laenge (26) einer Erregung (14) in Richtung der Achse (27) der Schwingspule (16) entspricht.

5. Magnetsystem gemaess Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (22) an einem Polstueck (12) des Magnetkreises vorgesehen ist.

6. Magnetsystem gemaess Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Polstueck (12) an der Stelle des Abschnittes (22) von einem Kurzschlussring (25) umgeben ist.

7. Magnetsystem fuer einen dynamischen Lautsprecher mit einem Magnetkreis (12, 13, 14) der eine Erregung (14), eine Polscheibe (13), ein Polstueck (12) und einen Luftspalt (15) zwischen der Polscheibe und dem Polstueck aufweist, in dem in einer Bewegungsrichtung bewegbare und an eine Stromquelle (18) angeschlossene Leiter (16) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkreis im Polstueck (12) einen magnetisch gesaettigten Abschnitt (22) und magnetisch ungesaettigte Abschnitte (29, 30) aufweist, wobei der Abschnitt (22) den Magnetfluss im Luftspalt (15) begrenzt aber nicht unmittelbar an den Luftspalt anschliessend angeordnet ist.

Zeichnung