DE624204C - Elektrodynamisches Geraet zur Umsetzung von Schallschwingungen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 15. JANUAR 1936

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21a² GRUPPE 2oi

Patentiert im Deutschen Reiche vom 17. Januar 1932 ab

Es ist bereits vorgeschlagen worden, zur Verbesserung der Frequenzkennlinie das elektrodynamische Gerät so auszugestalten, daß ein starrer Mittelteil der Membran an seiner Kante eine Spule trägt, die in einen Luftspalt zwischen einem mittleren Polschuh und einem ringförmigen Polschuh hineinragt und daß die Membran mittels eines sie umgebenden Ringes festgeklemmt wird und eine hinter dem Luftspalt befindliche Platte die beiden Polschuhe verbindet und daher hinter der Membran eine Luftkammer begrenzt, aus der die Luft bei den Membranschwingungen durch in der Platte hinter dem Luftspalt vorgesehene Drossel-Öffnungen abwechselnd herausgedrückt und wieder eingesaugt wird.

Die abwechselnd in beiden Richtungen verlaufende Strömung der Luft durch die Drosselöffnungen hindurch sucht die Schwingungen der Membran zu dämpfen, und durch entsprechende Bemessung der Drosselöffnungen kann die Wirkung dieser Dämpfung über den ganzen Bereich hörbarer Frequenzen erstreckt werden. Gleichzeitig wird bei dieser Bauart die Eigenfrequenz der Membran gesteigert und dadurch die Frequenzkennlinie des Gerätes weiter verbessert.

Indessen hat diese Bauart den Nachteil, daß in dem oberen Bereich der Frequenzkennlinie eine unerwünschte Spitze entsteht. Wie man ermittelt hat, wird diese durch die Wirkung der- Masse der Membran im Verein mit der Federung der Luft in der Kammer unter der Membran verursacht. Gemäß der Erfindung wird dieser Mangel bei dem oben erläuterten Gerät dadurch vermieden, daß im mittleren Polschuh des Gerätes eine besondere Luftkammer vorgesehen wird, die auf dieselbe Frequenz wie die unerwünschte Spitze abgestimmt ist und durch Drosselöffnungen mit dem unter dem starren Teil der Membran befindlichen Luftraum in Verbindung steht.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt.

Abb. ι zeigt eine elektrodynamische Schallumwandlungsvorrichtung in Vorderansicht. Einige Teile der Vorrichtung sind der Übersicht halber entfernt bzw. im Schnitt dargestellt.

Abb. 2 ist ein Schnitt nach der Linie 2-2 in Abb. i. Diese Abbildung zeigt den Zusammenbau der verschiedenen Teile des Apparates.

Abb. 3 zeigt in größerem Maßstabe die wichtigsten der in Abb. 2 dargestellten Teile.

Abb. 3 a zeigt die Dämpfungsplatte, die bei den in den Abb: 2,- -3· und -8- dargestellten Vorrichtungen verwendet wird.

Abb. 4 zeigt in größerem Maßstabe das mittlere Polstück.

Abb. 5 ist ein Schnitt nach der Linie 5-5- in Abb. 4.

Abb. 6 zeigt in Schnittansicht ein anderes

Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Abb. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Abb. 8 zeigt in Schnittansicht eine abgeänderte Ausführungsform der elektrodynamischen Vorrichtung der Abb. 2. Abb. 9 zeigt Abstandsstücke, die in den Abb. 7 und 8 dargestellt sind.

Das in den Abb. 1 und 2 gezeigte elektrodynamische Mikrophon besitzt ein pilzförmiges Gehäuse, welches aus dem vorzugsweise aus !Cobaltstahl bestehenden Teil 10 und einem mittleren Pol 11 besteht. Wie aus den Abbildungen ersichtlich, bilden die Teile 10 und 11 einen zusammenhängenden Körper. Der Pol 11 trägt eine, Verlängerung 12, die wiederum als Träger für einen mit einem Flansch versehenen Ring 13 aus nichtmagnetischem Material (z. B. Phosphorbronze) dient. Der Ring 13 ist derart gelagert, daß er sich gegen den inneren kegelförmigen Abschnitt der Verlängerung 12 anlegt. Ein mittleres Polstück 14 ist derart auf der Verlängerung 12 befestigt, daß es den Ring 13 unverrückbar festhält. Koaxial zum mittleren Polstück 14 ist auf dem Kapselteil 10 ein ringförmiges Polstück 15 befestigt. Die Verbindung zwischen dem Teil iq und dem Polstück 15. wird mittels Zapfen oder Stifte. 16 ■ hergestellt, die in weichen Metalleinlagen 17 gelagert sind. Das Polstück 15 ist derart im Verhältnis· zum Polstück 14 angeordnet, daß zwischen beiden Elementen ein ringförmiger Zwischenraum vorhanden ist ■; Auf der einen Seite des ringförmigen Polstückes 15 ist im Innern des Gehäuses eine ringförmige Dämpfungsplatte 18 aus nichtmagnetischem Material befestigt. Diese Platte, die aus Messing, Aluminium o, dgl. hergestellt . sein kann, hat vorzugsweise die in Abb. 3 a gezeigte Form. Die Platte wird mittels drei Schrauben 19 festgehalten, die durch die Ansätze 20 am Umfang der Platte in das ringförmige Polstück eingeschraubt sind. Die Platte 18 ist auf der einen Seite mit einer-Aussparung versehen und weist eine ringförmige Rippe auf, die den ringförmigen Zwischenraum zwischen dem Polstück 15 und der Platte einengt. Zwischen der Dämpfungsplatte 18 und dem nichtmagnetischen Ring 13 ist eine Packung 21 aus biegsamem Material, z. B. Papier, angeordnet, die den Zwischenraum" zwischen diesen beiden abdichtet, so daß die Luft in. der Kammer zwischen den Polstücken nut- durch den engen Zwischenraum zwischen den Teilen 15 und 18 (s. Abb. 3) nach außen gelangen kann. Der Ring 13 wird vorzugsweise aus nichtmagnetischem Material hergestellt, um zu verhindern, daß magnetischer Fluß in dem Zwischenraum zwischen den Polstücken verlorengeht.

Auf der entgegengesetzten Seite des ringförmigen Polstückes 15 ist eine Membran befestigt, die aus einem flachen äußeren Teil 22, einem mittleren ausgebauschten, starren Kolbenteil 23 und einem mittleren, geriefelten oder biegsamen Teil 24 besteht. Wie aus den Abb. 2 und 3 ersichtlich, ist der mittlere, als Kolben arbeitende Membranteil nach der Kontur des Polstückes 14 geformt. Zwischen den Membranabschnitten 24 und 23 ist eine bewegliche Spule 25 befestigt, die sich frei in dem Zwischenraum zwischen den beiden P.olstücken bewegen kann, um den konstanten magnetischen Fluß zwischen den Polstücken zu ändern. Die Spule 25 kann aus einem hochkantgewickelten bandförmigen Leiter bestehen, dessen ,Windungen mittels Isolierlack o. dgl. voneinander isoliert sind.

Zwischen der Membran und dem Polstück 15 ist eine Anzahl Papierscheiben 26 o. dgl. angeordnet, so daß zwischen der Membran und den Polstücken ein Luftzwischenraum entsteht, der die Bewegungen der Membran dämpft. Die go Verbindung zwischen der Membran und dem ringförmigen Polstück wird mittels Schrauben hergestellt, die in einen ringförmigen Körper 27 eingeschraubt sind, dessen Oberfläche nach innen geneigt ist. Der Ring 27 ist von einem zweckmäßig geformten Stück aus Drahtgewebe 28 bedeckt, welches von einem Deckelteil festgehalten wird. Der mittlere Teil 29 dieses. Deckels ist mit symmetrisch angeordneten Aussparungen 30 versehen, durch welche die Schallwellen zu der Membranfläche Zutritt haben. Der Deckel weist ferner einen ringförmigen Flansch 31 auf, der in einem.weiteren flanschenförmigen Teil 32 endet. Der äußere Rand des Flansches 32 ist derart geformt, daß er über einen Ansatz am Gehäuse 10 greifen kann und somit eine Verbindung zwischen dem Deckel und dem Gehäuse der Vorrichtung herstellt. Wie in Abb. 1 gezeigt, wird das Polgehäuse von einem Unterteil 34 getragen, in dem ein zur Aufnahme der Anschlußklemmen dienender Block 35 angeordnet ist. Einer der mit der beweglichen Spule in Verbindung stehenden Leiter ist bei 36 sichtbar. Die Öffnung im Unterteil 34 ist von einem Deckel 37 abgeschlossen.

In elektrodynamischen Vorrichtungen, die :ine bewegliche Spule haben und deren Membrane derartige Massen und Steifheiten besitzen, daß sie wie Kolben wirken, verursacht die mechanische Bewegung der Membran und der Spule Verzerrungen innerhalb eines beitimmten Abschnittes des Sprechfrequenzbe·'

reiches. Das Entstehen dieser Verzerrungen ist darauf zurückzuführen, daß die Eigenschwingungsfrequenz der Membran in diesem Teil des Frequenzbereiches liegt. Die Verzerrungen bewirken eine Veränderung in der Form der Kennlinie, die bei höheren Frequenzen eine deutliche Neigung zeigt. Durch zweckmäßige Ausnutzung der Masse, der Steifheit und des Widerstandes einer auf der einen Seite der

ίο Membran eingeschlossenen Luftmenge und dadurch, daß die Luft gezwungen wird, den Hohlraum bzw. die Kammer, in der sie sich befindet, durch einen verengten Kanal zu verlassen, kann die mechanische Bewegung der Membran so geregelt werden, daß die Verzerrung für den gesamten Frequenzbereich verringert wird. Die erforderliche Regelung wird bei der in Abb. 1 bis 3 dargestellten Anordnung in- bekannter Weise mittels der Dämpferplatte 18 herbeigeführt, die der unter der Membran in einer Kammer vorhandenen Luftmenge die Masse, Steifheit und Widerstand verleiht, die zur Beseitigung der Verzerrung benötigt sind.
Die unterhalb der Membran von der Dämpferplatte 18 gebildete akustische Kammer gibt der Membran eine erhöhte Steifheit, wodurch die Frequenz der Membran erhöht wird. Auf Grund des verengten Kanals zwischen dem großen Hohlraum in der Magnetkapsel und der Kammer unter der Membran wird Luft durch den Kanal eingesogen, wenn die Membran sich von den Polstücken entfernt. Wenn die Membran sich den Magneten nähert, wird in ähnlicher Weise Luft aus dem Kanal herausgepreßt.

Durch zweckmäßige Bemessung des Querschnittes des Kanales ist es möglich, der in die Kammer eintretenden bzw. aus der Kammer heraustretenden Luft eine derartige akustische Impedanz entgegenzustellen, daß die mechanische Bewegung der Membran innerhalb des wesentlichen Teiles des gesamten Arbeitsbereiches, der etwa zwischen 60 und 10 000 Perioden liegt, gedämpft wird. Bei gewissen akustischen Vorrichtungen, z. B. elektromagnetischen oder elektrostatischen Empfängern, Kohlekörnermikrophonen o. dgl., muß diese Impedanz sich entgegengesetzt der Frequenz ändern. In elektrodynamischen Schallumwandlungsvorrichtungen, beispielsweise Mikrophonen der hier behandelten Art, muß für den größten Teil des in Frage kommenden Frequenzbereiches das Verhältnis zwischen der akustischen Impedanz und der Frequenz konstant gehalten werden.

Es hat sich nun weiter gezeigt, daß durch die Masse der Membran und die Steifheit der Luft in der unterhalb der Membran liegenden Luftkammer ebenfalls eine Verzerrung in der Kennlinie für denjenigen Teil des Frequenzbereiches eintritt, der zwischen 2 000 und 6000 Perioden liegt. Die Kurve zeigt hier zunächst eine schwache Neigung und steigt darauf über die erwünschte flache Kennlinie hinaus. Dieser Zustand wird dadurch erzeugt, daß.die auf die Membran wirkende akustische Impedanz zu hoch ist für die Masse der Membran,

Gemäß der Erfindung wird diese Verzerrung dadurch behoben, daß eine besondere Luftkammer unter der Membran angeordnet wird, die mit der Hauptluftkammer zusammenwirkt. Durch dieses Zusammenwirken wird die Kennlinie geglättet. Eine Ausführungsform der zusätzlichen Dämpfungsmittel ist in Abb. 2 dargestellt. Wie aus dieser Abbildung ersichtlich, ist das mittlere Polstück 14 ausgehöhlt, so daß zwischen diesem Polstück und dem Teil 12 eine Kammer 38 entsteht. In der einen Wand dieser Kammer sind kleine Öffnungen 39 vorhanden, die Verbindungen zwischen der Kammer 38 und dem Hohlraum auf der Außenseite des Palstückes 14 bilden. Die Öffnungen 39 können beispielsweise, wie in Abb. 4 angedeutet, in Kreisform um.den Mittelpunkt des Polstückes angeordnet sein. Die Größe der Öffnungen ist derart bemessen, daß dem von der Membran erzeugten Luftstrom der notwendige Widerstand entgegengesetzt wird. Die Öffnungen 39 bilden, wie schon erwähnt, ebenfalls Verbindungskanäle zwischen der Kammer 38 und der unter der Membran liegenden, mit dem engen Kanal im Hauptdämpfungselement 18 in Verbindung stehenden Kammer.

Bei niedrigen Frequenzen, d. h. bei Frequenzen bis zu etwa 2000 Perioden, bewirkt die Luft in der besonderen Luftkammer nur eine Erhöhung der Steifheit der Membran. In dem um etwa 5000 Perioden liegenden Bereich, in dem die Membranmasse die Kennlinie verzerrt, wirken die akustischen Kompensationsmittel hauptsächlich als Widerstand. Bei noch höheren Frequenzen ändert sich wiederum die Wirkung der Kompensationsmittel, indem sie hier der Massenreaktanz der Membran entgegen-, wirken. Der Widerstand der Luft in der Hauptluftkammer ist für den größten Teil des Frequenzbereiches konstant und der durch die zusätzliche Luftkammer erzeugte erhöhte Widerstand neutralisiert die Massenreaktanz der Membran, wodurch die Unregelmäßigkeiten in der Kennlinie der Vorrichtung beseitigt werden und die den Wirkungsgrad der Membran ausdrückende Kurve für den gesamten Frequenzbereich die Form einer flachen Kennlinie hat.

Bei der in Abb. 6 dargestellten abgeänderten Ausführungsform der besonderen Luftkammer ist der mittlere Pol 40 mit einer Öffnung versehen, die einen brückenförmigen Teil 41 enthält. Die Öffnung ist mit einem kuppeiförmigen Deckelteil 42 versehen, dessen Stiel 43 den Brückenteil 41 durchdringt und mittels einer Mutter 44 festgehalten wird. Der Rand 45 des Deckels 42 ist kegelförmig abgeschrägt und dem Rand der Öffnung angepaßt. Zwischen dem

Polstück 40 und dem Deckelteil 42 können zweckmäßige Abstandskörper angeordnet werden, damit der Deckel genau zentriert werden kann. Sobald der Deckel richtig eingestellt ist, können die Abstandsteile wieder entfernt werden, worauf der Deckel mittels der Mutter 44 unverrückbar festgeschraubt wird. Die Große des ringförmigen Schlitzes zwischen den Teilen 42 und 40 ist bestimmend für den Widerstand, den die aus der Kammer heraustretende Luft zu überwinden hat. Dieser Widerstand sowie die Steilheit und die Masse der Luft sind die Faktoren, die die Wirkung der Vorrichtung regeln. Abb. 7 zeigt eine weitere Ausfüh'rungsform derTbesonderen Luftkammer. Gemäß Abb. 7 wird ein Deckelteil 46 verwendet, der einen größeren Durchmesser als "die Öffnung im mittleren Polstück hat. Zwischen dem Teil 46 und den Rändern der öffnung im Polstück 40 ist eine Abstands- oder Trennscheibe 47 angeordnet, die mit Vorsprüngen 48 versehen ist. Mittels der Vorsprünge 48 kann der Abstand zwischen dem Polstück 40 und dem Deckelteil 46 genau eingestellt werden. Nach der Einstellung bleibt dieser Abstand konstant und es entstehen enge Schlitze von gleichbleibender Größe zwischen benachbarten Vorsprüngen 48 am Trennkörper 47.

Jede Membrananordnung besitzt bestimmte S° Kenngrößen, die sich von den ,Kenngrößen anderer Membrane ähnlicher Art unterscheiden. Es ist deshalb zweckmäßig, Hilfsluftkammern u. dgl. zu verwenden, die aus wenigen Einzelteilen bestehen und leicht mit der Magnetan-Ordnung verbunden werden können. Es ist ferner wünschenswert, Luftkammern zu erhalten, die leicht an- und abmontiert werden, ,können und vor dem Einsetzen in die Vorrichtung gemessen und eingestellt werden können. Eine derartige Einrichtung ist in Abb. 8 dargestellt. Die hier gezeigte elektromagnetische Vorrichtung besitzt ein Magnetgehäuse bzw. einen topfförmigen Magneten 50, an dem ein Polstück 51 befestigt ist. Das Polstück 51 wird, wie aus der Abbildung ersichtlich, mittels eines Zentrierzapfens 52 o. dgl. festgehalten. Koaxial zum Polstück 51 ist ein ringförmiges Polstück 53 angeordnet, das mittels Zajpien 54 von dem Magneten 50 getragen wird. Zwischen dem mittleren Polstück 51 und dem ringförmigen Polstück 53 ist ein ringförmiger Luftspalt vorhanden. Eine ringförmige Dämpfungsplatte 55, die dem Ring 18 in Abb. 1 und 2 entspricht, ist am unteren Rand des ringförmigen PoI-Stückes 53 befestigt. Wie in Abb. 8 angedeutet, ist zwischen Verlängerungen am Ring 55 und dem ringförmigen Polstück 53 eine Zwischenlagscheibe 55° angeordnet, und zwischen der Dämpfungsplatte und dem ringförmigen PoI-stück sind mehrere enge Schlitze 56 vorhanden. Die Dämpfungsplatte ist auf einem weichen Gummiring 57 gelagert, der von dem mittleren Polstück 51 getragen wird und den Zwischenraum zwischen der Dämpfungsplatte und der Oberfläche des Polstückes 51 luftdicht abschließt, so daß die Luft in der Kammer unter der Membran nur durch die engen Schlitze 56 nach außen gelangen kann. Zwischen Abstandsscheiben 59 und 60 ist eine Membran 58 angeordnet, die mittels Schrauben 61 mit dem ringförmigen Polstück 53 in Verbindung gehalten wird. Die Schrauben 61 greifen in einen Haltering 62 ein, der auf der Außenfläche der Membran gelagert ist. Die Membran trägt eine ringförmige bewegliche Spule 63, die sich im ringförmigen Zwischenraum zwischen den Polstücken 51 und 53 frei bewegen kann.

Das mittlere Polstück 51 weist eine Vertiefung auf,, die bei 64 mit Gewinde versehen ist. In diesem Hohlraum kann die besondere Luftkammef leicht befestigt werden. Diese besteht in der Hauptsache aus einem topfförmigen Körper 65, der mit einem Flansch 66 versehen ist. Die Außenfläche des Körpers 65 ist mit Gewinde versehen und der Körper wird in den Hohlraum im Polstück 51 eingeschraubt, bis der Flansch 66 sich gegen das Polstück legt. Im Boden des Körpers 65 sind mehrere Löcher67 vorgesehen, die mittels einer abnehmbaren Platte 68 geschlossen werden können. Am go offenen Ende des Teiles 65 ist ein kalottenförmiger Deckel 69 angeordnet und zwischen dem Rand dieses Deckelteües und dem Körper 65 ist eine Trennscheibe 47 angeordnet. Sämtliche zum topfförmigen Körper 65 gehörenden Teile werden mittels einer Schraube 70 zusammengehalten.

Bevor das Luftkammeraggregat in das Magnetengebilde eingesetzt wird, wird es ohne, die Platte 68 vorübergehend mit der Vorrichtung in Verbindung gebracht, so daß die Werte für die Federkonstante und die Masse der im Hohlraum des Topfes befindlichen Luft und der Wert des Luftwiderstandes in den engen Schlitzen zwischen der Platte 69 und der Wand des Teiles 65 gemessen werden können. Sobald die richtigen Werte festgestellt sind, wird die Platte 68 .am Boden des Dämpfungselementes befestigt, und die gesamte Einrichtung wird in das Polstück 51 eingeschraubt. Die Magnetanordnung ist von einem Metallgehäuse 71 umgeben. Die Verbindung zwischen dem Gehäuse 71 und der Magnetanordnung wird mittels eines Ringes 72 hergestellt, der auf das Gehäuse 71 aufgeschraubt wird. Dieser Ring trägt einen durchlochten Schirm 73 o. dgl., der die Membran gegen Beschädigungen und gegen das Eindringen von Staub schützt.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektrodynamisches Gerät zur Umsetzung von Schallschwingungen, bei dem ein starrer

   Mittelteil der Membran an seiner Kante eine Spule trägt, die in den Luftspalt zwischen einem mittleren und einem ringförmigen Polschuh hineinragt, und bei dem die Membran mittels eines sie umgebenden Ringes festgeklemmt ist und eine Platte hinter dem Luftspalt die beiden Polschuhe zur Begrenzung einer unter der Membran befindlichen Luftkammer verbindet, von der aus die Luft bei den Membranschwingungen durch Drosselöffnungen der Platte abwechselnd herausgedrückt und eingesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Zweck des Ausgleichs einer in der Frequenzkennlinie des Gerätes zwischen 2000 und 6000 Hz auftretenden Verzerrung, die durch die Masse der Membran und die Federung der Luft in der Kammer hinter der Membran verursacht wird, in dem mittleren Polschuh eine besondere Luftkammer angeordnet ist, die durch Drosselöffnungen mit dem unter dem starren Teil der Membran befindlichen Luftraum in Verbindung steht und deren Luftinhalt auf dieselbe Frequenz abgestimmt ist, wie die Verzerrungsfrequenz, welche durch die Masse der Membran und die Federung der Luft in der Kammer hinter der Membran verursacht wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungeil