Akustoelektrischer Wandler

Abstract

 Bei einem akustoelektrischn Wandler mit einem Spulen­windungen tragenden Tragkörper, insbesondere einem in sich schwingenden Hohlkörper mit gekrümmter Oberfläche, wie einer magnetostriktiven Kugel wird insbesondere zur Erzielung einer optimalen Verteilung der Modulations­energie vorgeschlagen, daß die Spule als ein quer zur Laufrichtung in sich gewelltes Band (3) aus Flachmaterial auf den Tragkörper (2) aufgelegt ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen akustoelektrischen Wandler mit einem Spulenwindungen tragenden Tragkörper, insbeson­dere einem in sich schwingenden Hohlkörper mit gekrümmter Oberfläche, wie einer magnetostriktiven Kugel.

[0002] Ein gattungsgemäßer akustischer Wandler ist aus der EP-A-0 177 383 bekannt, auf die vollinhaltlich verwiesen wird. Die Druckschrift zeigt einen omnidirektionalen, also in alle Richtungen abstrahlenden elektroakustischen Wand­ler mit einem in bevorzugter Ausgestaltung kugelförmigen Körper aus magnetostriktiven Material, der sich in einem Magnetfeld zusammenziehen und ausdehnen kann und damit in einem geeigneten modulierten Feld durch seine Bewegung Luftschwingungen erzeugen und damit als Lautsprecher dienen kann. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der magneto­striktive als Tragkörper für eine das modulierte Magnetfeld erzeugende Spulenwicklung in Form von auf dem Tragkörper eng gewickelten Wicklungen aus Kupferrunddraht. Es hat sich gezeigt, daß diese Ausgestaltung insofern nicht optimal ist, als der Kupferdraht den magnetostriktiven Körper praktisch fest einschnürt und damit dessen Verschwingungsverhalten beeinflußt und dämpft. Andere bekannte Ausgestaltungen, bei denen der magnetostriktive Körper selbst als Leiter für den das Magnetfeld erzeugenden Strom dient, können nur bei kleinen Körpern eingesetzt werden, die insbesondere bei tiefen Frequenzen nur schwierig die gewünschte Lautstärke (Amplitude) erreichen lassen.

[0003] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den be­kannten Wandler unter Vermeidung der genannten Vorteile dahingehend weiterzuentwickeln, daß bei einfacher Auf­bringung der Spulenwindungen eine gleichmäßige Verteilung der Modulationsenergie ohne Beeinträchtigung des Schwingungsverhaltens des magnetostriktiven Körpers er­reicht wird, insbesondere Wandler großer Dimensionen, und daher geeignet für tiefe Frequenzen, erhältlich sind.

[0004] Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe bei einem akusto­elektrischen Wandler der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Spule als ein quer zur Laufrichtung in sich gewelltes Band aus Flachmaterial auf den Tragkörper aufge­legt ist. Mit dem zur Laufrichtung gewellten Band ist zu­nächst gemeint, daß die Wellen und Täler des gewellten Bandes sich quer zur Laufrichtung desselben erstrecken und in Laufrichtung miteinander abwechseln. Durch die Erfin­dung wird insbesondere eine optimal gleichmäßige Verteilung der Modulationsenergie erreicht. Das leitfähige Bändchen kann leicht mit dem Tragkörper mitschwingen. Das gewellte Band liegt nur mit seinen Wellentälern auf dem Tragkörper auf, während es sich zwischen den entsprechenden Auflage­linien frei erstreckt. Wenn der magnetostriktive Tragkörper sich zusammenzieht, so werden die Wellenberge leicht erhöht und verschmälert, wenn der Körper expandiert, werden die Wellenberge flacher, das Band beeinträchtigt aber die Be­wegung des magnetostriktiven Körpers selbst in keiner Weise, da es völlig flexibel nachgibt, ohne größere eigene Rück­stellkräfte auszuüben. Dies ist insbesondere der Fall, wenn das Band aus Kupfermaterial besteht, was einerseits die geeigneten erwünschten elastomechanischen Eigenschaften - nämlich flexibel verformbar, aber ohne eigene starke elas­tische Rückstellkräfte - aufweist und darüberhinaus auch aufgrund eines geringen spezifischen Widerstandes in elek­trischer Hinsicht das geeignete Material ist. Aluminium weist zwar gegenüber Kupfer eine etwas geringere aber noch sehr gute Leitfähigkeit auf, es hat aber eine ge­ringere Masse und ein Bändchen aus diesem Material und beeinflußt daher noch weniger das Schwingen der magneto­striktiven Kugel als ein Kupferbändchen.

[0005] Das Bändchen kann leicht aufgebracht werden. Es hat sich herausgestellt, daß insbesondere bei größeren Wandlern mit Durchmessern im Bereich von einigen Dezimetern das Flach-­Material das geeignete Material ist, unter anderem deswegen, weil es sich nicht verdrillt. Das gewellte Flachband paßt sich aufgrund seiner Querwellung optimal dem zweifach gekrümmten Tragkörper, wie insbesondere einer Kugel, aber auch einem Rotationsellipsoid mit gekrümmter Erzeugender an. Es kann in der gewellten Form bequem auf größere Körper mit gekrümmter Oberfläche aufgebracht werden, wie insbe­sondere einer Kugel, da es sich an die gekrümmte Form aufgrund der Querwellen anpassen kann. Es beinhaltet bei derartigen größeren Schwingkörpern mit Dimensionen im Bereich mehrerer Dezimeter und mehr die einzig praktikable Lösung. Wenn gewellte Leiterbahnen auch auf den Tragkörper, insbesondere einer Kugel lediglich aufgewickelt oder gege­benenfalls in beliebiger Weise festgehalten werden können, so sieht eine bevorzugte Ausgestaltung vor, daß das Band auf dem Tragkörper aufgeklebt ist. Das gewellte Band wird dabei nur im Bereich seiner Wellentäler mit dem Tragkörper verklebt, während die Wellenberge sich frei vom Tragkörper abheben, so daß sie der oben erwähnten Verformung ohne weiteres unterliegen können. Zum Festkleben gibt es ver­schiedene Möglichkeiten. In bevorzugter Ausgestaltung ist das gewellte Band selbst rückseitig mit einer Klebstoff­schicht, beispielsweise in Form eines doppelseitigen Klebe­bandes, also eines Klebebandes, das auf beiden Seiten mit Klebstoff beschichtet ist, versehen. Stattdessen kann auch vorgesehen sein, daß der Tragkörper mit Klebstoff versehen ist, ggfls. auch in Form eines doppelseitigen Klebebandes. Auch könnten das gewellte Leitungsband und/oder der Trag­körper mit einer thermoplastischen Schicht versehen sein, woraufhin das gewellte Leitungsband unter Erwärmung auf den Tragkörper aufgebracht wird, so daß es nach Abkühlung und damit Erstarren der thermoplastischen Schicht fest mit dem Tragkörper verbunden ist. Die Breite des gewellten Lei­tungsbandes kann grundsätzlich in breiten Bereichen gewählt werden und hängt bei vorgegebener Stärke des Materials von Wicklungslänge, gewünschter Impedanz und gewünschter Win­dungszahl ab. In bevorzugter Weise ist vorgesehen, daß die Breite des gewellten Bandes zwischen 0,5 bis 2,0 Prozent des Durchmessers des Tragkörpers liegt, wobei typische Breiten zwischen 5 und 10 mm liegen können. Der Abstand der Windungen sollte - ohne gegenseitige Berührung - so gering wie möglich gewählt werden, um elektromagnetische Kopplungsverluste zu vermeiden oder weitgehend zu redu­zieren. In der Praxis sind je nach Kugelgröße Abstände in der Größenordnung eines Millimeters und weniger durch­aus erreichbar.

[0006] Durch die Erfindung wird erreicht, daß sowohl die induktive magnetische Koppelung zwischen der Kugel und diesem Modu­ lationsbändchen maximal ist und gleichmäßig über die ge­samte Oberfläche verteilt werden kann und daß die indukti­ven Koppelungsverluste bei den tieferen Frequenzen weitge­hend vermieden werden als auch, daß die Impedanz auf einen gewünschten Wert, beispielsweise 4 Ohm, gebracht werden kann. Diese Ziele wären durch einen Runddraht nicht verwirk­lichbar, der entweder zu hohe Impedanz oder bei starker Ausführung aufgrund eben seiner Stärke - eine schlechte Koppelung und Verluste bedingen würde. Das Band ist auf der magnetostriktiven Kugel über eine Isolierschicht (Kleb­stoff usw.) aufgebracht und schwingt mit dieser mit, ohne ihr Schwingungsverhalten irgendwie zu beeinträchtigen. Falls ein höherer Widerstand des Spulenbandes gewünscht wird, kann auch anderes leitfähiges Material als das an sich geeignete Kupfer, beispielsweise insbesondere Nickel eingesetzt werden.

[0007] Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel des akustoelektrischen Wand­lers unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen er­läutert ist. Dabei zeigt:

Figur 1 Eine Seitenansicht des gesamten elektro­akustischen Wandlers mit schematischer Darstellung der Leiterführung; und

Figur 2 eine vergrößerte Darstellung des beim erfindungsgemäßen Wandlers verwendeten gewellten Leiter.

[0008] Der erfindungsgemäße akustische Wandler 1 weist im darge­stellten Ausführungsbeispiel einen kugelförmigen Trag­körper 2 auf, der aus magnetostriktivem Material, wie einer Nickel-Kobalt-Legierung mit einem hohen Nickelanteil be­steht oder aber eine Schicht aus solchem Material auf einem isolierenden elastischen Träger aufweist. Auf diesem Trag­ körper 2 ist elektrisch isoliert ein Leiter in Form eines quer gewellten leitenden Bandes 3 aufgebracht. Insofern zeigt die Fig.1 eine schematische Darstellung der Führung und Wellung des Bändchens, das als solches ausschnittsweise in der Fig.2 dargestellt ist. Die Isolierung kann durch eine auf der Rückseite des gewellten leitenden Bandes 3 aufgebrachten Befestigungsschicht 4 gebildet sein. Die Schicht 4 kann eine Klebstoffschicht, beispielsweise in Form eines doppelseitig klebenden Klebebandes sein. Es kann sich auch um eine Thermoplastschicht handeln, mittels der das gewellte Band 3 unter erhöhter Temperatur auf dem Tragkörper 2 befestigt wird.

[0009] Alternativ kann der Tragkörper 2 auch direkt mit einer isolierenden Schicht, ebenfalls in Form einer Thermoplast­schicht oder einer Klebschicht, ggfls. in Form eines auf­gewickelten beidseitig klebenden Klebebandes versehen sein, worauf dann ein gewelltes Leitungsband 3 ohne eigene rück­wärtige Befestigungsschicht aufgebracht und derart festge­legt wird. Das Leitungsband 3 besteht bevorzugt aus Kupfer. Das Leitungsband 3 wird auf dem Tragkörper 2 in der aus Fig.1 ersichtlichen Weise aufgewickelt, wobei es aufgrund seiner gewellten Ausgestaltung sich an die Kontur des Trag­körpers 2, die grundsätzlich beliebig sein kann, leicht und einfach anpaßt. Darüberhinaus ist das gewellte Band 3 nachgiebig, so daß es sich bei den Schwingungen des Trag­körpers 2, die aus einer Radiusvergrößerung bzw. Verklei­nerung bestehen, flexibel anpaßt, so daß keine Spannungen auftreten und insbesondere das Schwingungsverhalten des Körpers 2 durch die durch den elektrischen Leiter 3 ge­bildete Spule in keiner Weise beeinträchtigt wird. Bei Einsatz des erfindungsgemäßen akustischen Wandlers als Lautsprecher werden die Enden 6,7 des gewellten Bandes 3 an einer die geeignete modulierte Spannung liefernde Spannungsquelle 8 angeschlossen, ggfls. über Impedanzwand­ler und unter Vorsehung sonstiger geeigneter elektronischer Komponenten, wie sie in der EP-A-0 177 383 erörtert sind.

[0010] Das gewellte Band weist eine derartige Breite auf, daß es mit einer genügenden Anzahl voneinander elektrisch ge trennter, also einen Abstand zueinander aufweisender Win­dungen auf dem Träger 2 aufgebracht werden kann. Demgemäß liegt die Breite des Bandes vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 2 Prozent des Durchmessers eines Rotationskörpers, vorzugsweise einer Kugel, beispielsweise bei einem Trag­körper für einen den üblichen Frequenzbereich von tiefen bis zu hohen Tönen abdeckenden Lautsprecher mit einem Trag­körperdurchmesser in der Größenordnung von einigen Dezi­metern im Bereich von 5 bis 10 mm.

Ansprüche

1. Akustoelektrischer Wandler mit einem Spulenwindungen tragenden Tragkörper, insbesondere einem in sich schwingenden Hohlkörper mit gekrümmter Oberfläche, wie einer magnetostriktiven Kugel, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Spule als ein quer zur Laufrichtung in sich gewelltes Band (3) aus Flachmaterial auf den Tragkörper (2) aufgelegt ist.

2.Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (3) auf dem Tragkörper (2) aufgeklebt ist.

3. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gewellte Band (3) rückseitig eine Klebstoff­schicht (4) aufweist.

4. Wandler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­net, daß der Tragkörper (2) mit Klebstoff versehen ist.

5. Wandler nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufkleben des Spulenbandes ein doppelseitiges Klebeband vorgesehen ist.

6. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschicht des gewellten Spulenbandes (3) aus Kupfer besteht.

7. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschicht des gewellten Spulenbandes (3) aus Nickel besteht.

8. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschicht des gewellten Spulenbandes (3) aus Aluminium besteht.

9. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das gewellte Band (3) eine Breite von 5 bis 10 mm aufweist.

10. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des gewellten Bandes (3) zwischen 0,5 bis 2,0 Prozent des Durchmessers des Tragkörpers (2) liegt.

Zeichnung