DE1276105B - Elektromagnetischer Kopfhoerer - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

H04r

Deutsche Kl.: 21 a2-1/02

Nummer: 1276105

Aktenzeichen: P 12 76 105.6-31 (V 12197)

Anmeldetag: 27. März 1957

Auslegetag: 29. August 1968

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromagnetischen Kopfhörer mit einem Permanentmagneten, an dessen Polen Polstücke aus magnetisierbarem Material anschließen, die nach vorn in im Abstand vom Permanentmagneten angeordnete, zwischen sich einen Luftspalt einschließende Polschuhe auslaufen, und mit einem sich durch den Luftspalt und weiter bis etwa zu einem Bereich an der Stirnseite des Permanentmagneten in der Mitte zwischen dessen beiden Polen erstreckenden blattförmigen Anker aus magnetisierbarem Material, der von einer elektromagnetischen Steuerspule umgeben ist, im Bereich des Permanentmagneten befestigt ist und zum Bewegen einer Membran federnd im Luftspalt ablenkbar ist.

Kopfhörer sind ein ausgesprochenes Massenfabrikat, insbesondere solche zur Verwendung in Telefonen. Bekannte Kopfhörer, die sich in einfachen Serienarbeitsgängen herstellen lassen, genügen jedoch hinsichtlich Empfindlichkeit und Frequenzgang nur mäßigen Anforderungen. Solche mit guten elektro- ao akustischen Eigenschaften erweisen sich andererseits als teuer in der Herstellung.

Kopfhörer, deren Membran nicht unmittelbar als magnetisierbare Metallscheibe in den Magnetkreis eingeschaltet ist, können entweder vierpolig sein, also mit einem um eine Mittelachse verschwenkbaren Anker, dessen beide Enden jeweils in vom Momentanwert des Signalstroms abhängigen steuernden Magnetfeldern liegen, oder zweipolig, wobei der Anker mit einem Ende beispielsweise eingespannt ist und mit dem anderen Ende in den Bereich des steuernden Magnetfeldes reicht. Das steuernde Magnetfeld besteht in beiden Fällen aus einem von einem Permanentmagneten erzeugten Gleichfeld und einem dem Gleichfeld, unter Umständen verschiedenerorts mit unterschiedlicher Richtung, überlagerten Wechselfeld. Vorteilhafterweise wird der Anker im wesentlichen nur vom steuernden Wechselmagnetfluß durchsetzt, nicht jedoch von dem vom Permanentmagneten ausgehenden Fluß, da er sonst entweder verhältnismäßig schwer und träge ausgeführt sein muß oder bereits durch den Permanentmagnetfluß gesättigt werden kann, so daß sich als Folge eine schlechte Empfindlichkeit und eine verzerrte Schallwiedergabe einstellen. Vierpolige Kopfhörer sind wegen ihres erheblichen Platzbedarfs, der sie für Telefonhörer kaum möglich macht, wegen des hohen magnetischen Widerstands auf Grund der beiden Luftspalte und wegen des Einstellens dieser Mehrzahl von Luftspalten ungünstig und für eine billige Massenfertigung kaum geeignet.

Es ist ein zweipoliger Kopfhörer etwa der ein-Elektromagnetischer Kopfhörer

Anmelder:

Sten Daniel Vigren,

Rolf Albin Zander, Stockholm;

Per Harry Elias Claesson, Danderyd (Schweden)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Leinweber, Patentanwalt,

8000 München 2, Rosental 7

Als Erfinder benannt:

Sten Daniel Vigren,

Rolf Albin Zander, Stockholm;

Per Harry Elias Claesson, Danderyd (Schweden)

Beanspruchte Priorität:
Schweden vom 29. März 1956 (3168),
vom 31. Januar 1957 (937)

gangs genannten Art bekannt (USA.-Patentschrift 2511114), dessen befestigtes Ankerende zwischen die beiden getrennt ausgebildeten Hälften des Permanentmagneten eingespannt ist, so daß der Permanentfluß den Anker an dieser Stelle im wesentlichen in Richtung seiner Dicke durchsetzt. Für den Steuermagnetfluß besteht somit praktisch nur ein einziger Luftspalt, und zwar derjenige zwischen den Polschuhen. Nachteil dieses Kopfhörers ist jedoch, daß Unsymmetrien des zweiteiligen Permanentmagneten oder der magnetischen Widerstände einen vom Permanentmagneten stammenden magnetischen Fluß im Anker zur Folge haben. Um zu verhindern, daß der Anker ständig an einem der Polschuhe anliegt, müssen besondere Ableit-Magnetnebenschlüsse, welche die Steuerspule umgehen, zwischen dem Anker und den Polstücken vorgesehen sein. Das Ankerstück zwischen dem Dauermagneten und den magnetischen Nebenschlüssen wird jedoch von diesem im Anker störenden Magnetfluß durchsetzt und kommt damit in die Nähe der Sättigung, sofern der Anker nicht sehr kräftig ausgebildet ist, was jedoch wegen seiner festen Einspannung wieder zu einer erheblichen Verminderung der Ansprechempfindlich-

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keit führen würde, die durch den geringen magne- Arme des Ankers zur Übertragung des Steuerflusses

tischen Widerstand im Steuermagnetkreis hätte ge- in hohem Grad wirksam sind. Hierdurch kann auch

steigert werden sollen. Die komplizierte Fertigung die Breite des Ankers kleiner sein, als sonst erf order-

und das aufwendige Abgleichen des Magnetkreises lieh wäre. Die Aufhängung an den auf Torsion be-

machen diesen Kopfhörer außerdem für eine Massen- 5 anspruchbaren Armen ergibt eine gute Ablenkbarkeit

herstellung ungeeignet. des Ankers, so daß auch bei höheren Frequenzen

Bei einem anderen bekannten zweipoligen Kopf- eine sehr gute Empfindlichkeit des Kopfhörers vorhörer (USA.-Patentschrift 2 692 918) liegt der Anker liegt. Trotz dieser günstigen elektroakustischen Eigenstumpf an der Stirnseite des Permanentmagneten an schatten kann der Aufbau des ganzen Kopfhörers und ist dort zwischen zwei unmagnetischen isolieren- io sehr einfach gehalten werden, so daß er in Massenden haltgebenden Körpern eingespannt. Die stumpfe fertigung billig herstellbar ist; zahlreiche Justierun-Anlage an der Stirnseite des Dauermagneten ergibt gen od. dgl. können entfallen.

einen nennenswerten magnetischen Widerstand an Vorteilhaft bestehen die beiden seitlichen Arme

dieser Stelle, so daß Unsymmetrien des Permanent- mit dem Anker aus einem Stück, so daß dieses EIe-

magneten nicht zu einem wesentlichen Magnetfluß 15 ment beispielsweise durch Stanzen hergestellt sein

im Anker führen. Der zusätzliche magnetische Wider- kann. Die Arme können eine geringere Dicke als der

stand verringert jedoch andererseits die Empfindlich- Hauptteil des Ankers haben; damit kann für sie leicht

keit gegenüber der von der Steuerspule aufgebrachten eine bestimmte, den übrigen Daten des Ankers gut

magnetischen Spannung, was zusammen mit der angepaßte Federkonstante gewählt werden,

festen Einspannung des einen Ankerendes wiederum 20 Vorzugsweise ist der Spulenkörper mit einem von

zu einer relativen Unempfindlichkeit des Kopfhörers ihm ausgehenden Arm versehen, an dem ein metal-

führt. lisches Anschlußorgan befestigt ist, z. B. in Form

Zur Erzeugung einer leichten Rückstellkraft ist es eines Stiftes, das für den Anschluß eines Spulenwickbekannt (deutsche Patentschrift 959 924), bei einem lüngsendes innerhalb der Umhüllung des Kopfhörers vierpoligen Magnetsystem eines Kopfhörers den An- 35 ausgebildet ist und sich durch eine Öffnung in der ker an zwei Armen aufzuhängen, die in der Ver- Umhüllung hinauserstreckt, um den Anschluß einer Schwenkungsachse des Ankers von diesem seitlich äußeren Leitung außerhalb der Umhüllung zu ermögabstehen und an ihren äußeren Enden fest einge- liehen, wobei zweckmäßig der genannte Arm von spannt sind. Bei den Vibrationen des Ankers werden einem Flansch des Spulenkörpers ausgeht und mit diese Arme auf Torsion beansprucht. Der magne- 30 seinem freien Ende das Anschlußorgan trägt. Durch tische Fluß dieses bekannten Kopfhörers verläuft diese Ausbildung wird in platzsparender Weise eine durch den Anker von einem Ende zum anderen, Innenverdrahtung des Kopfhörers geschaffen, die sich während die Arme im wesentlichen flußfrei bleiben. beim Einsetzen der wenigen Einzelteile des Hörers Dieser Anker muß verhältnismäßig kräftig und von selbst ergibt. Die schnelle Montierbarkeit des erschwer sein, so daß er durch den Permanentmagnet- 35 findungsgemäßen Kopfhörers kanu weiterhin dadurch nuß nicht gesättigt wird, weshalb er jedoch ziemlich verbessert werden, daß der Anker mit der Membran träge ist. durch einen Stift verbunden ist und der Stift mit

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einem Flansch an der einen Seite der Membran und

Kopfhörer der eingangs erwähnten Art zu schaffen, einem gegen die Membran gestauchten Teil an der

der durch einfache Montagearbeitsgänge in Massen- 40 anderen Seite der Membran ausgebildet ist.

fertigung leicht herstellbar ist und sich dennoch durch Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der

eine hohe Empfindlichkeit gegenüber der Eingangs- Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschrei-

signalspannung über einen weiten Frequenzbereich bung und den Zeichnungen. In den Zeichnungen ist

auszeichnet. die Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch 45 zeigt

gelöst, daß der Anker an seinem dem Permanent- Fig. 1 eine Rückansicht eines erfindungsgemäßen magneten zugekehrten Ende mit aus magnetisier- Kopfhörers, wobei ein Teil der Rückwand entbarem Material bestehenden, an sich bekannten bei- f ernt ist,

derseitigen, quer zu seiner Längsachse seitlich ab- F i g. 2 einen Schnitt in einer Ebene A-A in F i g. 1, stehenden,, törsionsfedernden Armen mit starr be- 50 F i g. 3 den Kopfhörer gemäß F i g. 1 und 2 in Seifestigten äußeren Enden versehen ist, deren dem tenansicht, teilweise geschnitten, wobei Teile des GePermanentmagneten zugewandte Seite mit dem Anker häuses entfernt sind,

eine Ebene bilden und am Permanentmagneten mit F i g. 4 das Magnetsystem des Kopfhörers von der

möglichst geringem Luftspalt, vorzugsweise in einer Seite,

in dessen Stirnseite gebildeten Nut anliegt. 55 F i g. 5 den Anker des Kopfhörers in Draufsicht,

Der erfindungsgemäße Kopfhörer kommt mit einer Fig. 6 und 7 den Permanentmagneten des Kopfverhältnismäßig niedrigen Steuerleistung aus, da der hörers in Draufsicht bzw. Seitenansicht,
von der Steuerspule erzeugte magnetische Fluß, der F i g. 8 und 9 einen Spulenkörper für den Kopfinsgesamt den Anker durchsetzt und sich dann in die hörer,

beiden Polstücke aufteilt, um aus der Mitte des Per- 60 Fig. 10 und 11 eine akustische Dämpfungseinmanentmagneten wieder in den Anker überzutreten, richtung im Schnitt bzw. in Draufsicht und
an letzterer Übertrittsstelle zwar einen Luftspalt vor- Fig. 12 die Frequenzcharakteristik des Kopffindet, der jedoch einen sehr niedrigen magnetischen hörers gemäß Fig. 1 bis 11.

Widerstand aufweist. Der Luftspalt verhindert Rei- Ein erfindungsgemäßer Kopfhörer umfaßt eine

bung zwischen dem Anker und dem Permanent- 65 Stützscheibe 1, einen hinteren Gehäuseteil 2, eine

magneten bei der Drehung des Ankers. Die Tatsache, Menbran 3 und einen vorderen Gehäuseteil 4, der

daß der magnetische Widerstand dieses Luftspaltes mit Öffnungen 5 für den Schalldurchtritt versehen ist.

überraschend niedrig ist, hängt davon ab, daß die Der vordere Gehäuseteil 4 ist bei 6 um den Rand der

Stützscheibe 1, der Membran 3 und um einen Flansch 7 des Gehäuseteils 2 gefalzt, um diese Teile zusammenzuhalten. Zwischen der Membran 3 und dem vorderen Gehäuseteil 4 bzw. der Stützscheibe 1 sind ringförmige Zwischenlagen 8 bzw. 9 angeordnet. Eine Scheibe 10 liegt gegen die Stützscheibe 1 an. Der Gehäuseteil 2 ist mit einem vorspringenden Absatz versehen (F i g. 2 und gestrichelte Linie 11 in Fig.l).

Das Magnetsystem des Kopfhörers umfaßt einen Permanentmagneten 12, Polstücke 13 und 14, einen Anker 15 und eine Steuerspule 16. Die Polstücke 13 und 14 laufen in Polschuhe 17 bzw. 18 aus, die eineinander gegenüberliegen und einen Luftspalt bilden, in dem sich ein Teil des Ankers 15 befindet.

Der Anker 15 ist mit zwei rechtwinklig zu seiner Längsrichtung verlaufenden Armen 19 und 20 versehen (F i g. 5), die an seinem dem Permanentmagneten zugewandten Ende von ihm abzweigen und miteinander fluchten. Die Enden 21 und 22 der Arme 19 und 20 sind ringförmig ausgebildet und gegen Ansätze an mit Gewinde versehenen Befestigungsbölzen 23 und 24 (F i g. 4) mit Hilfe von Muttern 25 und 26 festgespannt. Bei Bewegungen des Ankers werden die Arme 19 und 20 auf Torsion beansprucht.

Der Anker 15 kann z. B. 1 bis 2 mm dick sein, so daß er einen geringen magnetischen Widerstand hat. Die Arme 19 und 20 müssen dann dünner als der Anker sein, z. B. ein Drittel der Ankerdicke, um nicht allzu steif zu sein.

Damit der magnetische Übergangswiderstand zwischen dem Anker und dem Permanentmagneten klein ist, ist der Permanentmagnet mit einer Nut 27 versehen (F i g. 6 und 7), in die das hintere Ende des Ankers 15 eingeschoben ist. Die Nut ermöglicht es auch, bei gegebener Ankerlänge die Länge der Polstücke 13 und 14 bzw. den Abstand zwischen dem Permanentmagneten 12 und dem Luftspalt zu verringern, wodurch der Streufluß verkleinert wird.

Die Bolzen 23 und 24 sind an der Stützscheibe 1 befestigt. Sie dienen als Stütze für den Anker und dazu, das Polstück 13 und durch Muttern 28 und 29 das Polstück 14, den Permanentmagneten 12 und die Scheibe 10 an der Stützscheibe 1 zu befestigen (Fig. 4). Der Permanentmagnet 12 ist zwischen den Polstücken 13 und 14 eingespannt.

Die Steuerspule 16 besteht aus einer Wicklung auf einem Spulenkörper, der einen rohrförmigen Kernteil 30 und Flanschteile 31, 32 hat (Fig. 8 und 9). Die Innenabmessungen des Kernteils 30 sind ausreichend groß, um die Bewegung des Ankers 15 nicht zu behindern. Am Spulenflansch 32 sitzen zwei Arme 33 und 34, an deren freien Enden zylindrische Teile 35 bzw. 36 angeordnet sind. Der Spulenkörper, die Arme 33 und 34 und die zylindrischen Teile 35 und 36 bestehen aus Isoliermaterial und sind zweckmäßig ein zusammenhängendes Stück. In die zylindrischen Teile 35 bzw. 36 sind Anschlußstifte 37 und 38 für den Anschluß der Steuerspule eingepaßt, deren Wicklungsenden an die unteren Stiftteile 39 bzw. 40 angelötet sind. Die unteren Teile 39 und 40 der Stifte 37 bzw. 38 sind für das Anschließen der Wicklungsenden, die in Nuten in den Armen 33 und 34 (in F i g. 9 gestrichelt) verlegt sind, leicht zugänglich gemacht. Andererseits ragen die Stifte 37 und 38 und die zylindrischen Teile 35 und 36 durch Löcher im Gehäuseteil 2 (F i g. 2 und 3) für den Anschluß von äußeren Leitungen.

Der Anker 15 ist mit der Membran 3 mechanisch durch einen Stift 41 verbunden, der die Schwingungen des Ankers auf die Membran überträgt. Das eine Ende des Stiftes 41 ist in einer Aussparung des freien Ankerendes eingelötet oder festgeschweißt und das andere Ende an den mittleren Teil der Membran 3 genietet. Dieses letztgenannte Ende ist mit einem Flansch 42 versehen, der gegen die eine Seite der Membran anliegt, und mit einem Teil 43, der gegen

ίο die andere Seite der Membran gestaucht ist (Fig. 2 und 3).

Die Stützscheibe 1 und die Scheibe 10 sind in ihrer Mitte mit einer öffnung versehen, durch die der Anker mit der Membran über den Stift 41 verbunden ist und die auch als akustische Kopplung zwischen den beiden Hohlräumen α und b zwischen der Stützscheibe 1 und der Membran 3 einerseits bzw. dem Gehäuseteil 2 andererseits (F i g. 2) dient. Zur Verbesserung des Frequenzgangs ist ein akustisches Dämpfungs-

zo organ 44 aus porösem nachgiebigem Werkstoff, wie Schaumkunststoff, Schaumgummi od. dgl., in der mittleren öffnung der Stützscheibe 1 eingepaßt. Der mittlere Teil der Membran 3 liegt gegen das Dämpfungsorgan 44 mit einem bestimmten Druck an, so daß die Schwingungen der Membran gedämpft werden.

Das Dämpfungsorgan kann auch eine in Fig. 10 und 11 gezeigte Form haben, wobei eine U-förmige Nut am Umfang des Dämpfungsorgans angeordnet ist und um die Kante der öffnung in der Stützscheibe 1 herumgreift.

Fig. 12 zeigt die Frequenzcharakteristik der beschriebenen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kopfhörers, dem ein Wechselstrom einer konstanten Spannung von 0,3 V mit veränderlicher Frequenz zugeführt wird. Der Amplitudenwert 4 db entspricht einem Schalldruck von 30 μΙ>. Aus der Kurve geht hervor, daß der Schalldruck innerhalb des Frequenzbereichs von 40 bis 3600 Hz praktisch konstant ungefähr 30 μb ist.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektromagnetischer Kopfhörer mit einem Permanentmagneten, an dessen Polen Polstücke aus magnetisierbarem Material anschließen, die nach vorn in im Abstand vom Permanentmagneten angeordnete, zwischen sich einen Luftspalt einschließende Polschuhe auslaufen, und mit einem sich durch den Luftspalt und weiter bis etwa zu einem Bereich an der Stirnseite des Permanentmagneten in der Mitte zwischen dessen beiden Polen erstreckenden blattförmigen Anker aus magnetisierbarem Material, der von einer elektromagnetischen Steuerspule umgeben ist, im Bereich des Permanentmagneten befestigt ist und zum Bewegen einer Membran federnd im Luftspalt ablenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (15) an seinem dem Permanentmagneten (12) zugekehrten Ende mit aus magnetisierbarem Material bestehenden, an sich bekannten beiderseitigen, quer zu seiner Längsachse seitlich abstehenden, torsionsfedernden Armen (19, 20) mit starr befestigten äußeren Enden (21, 22) versehen ist, deren dem Permanentmagneten zugewandte Seite mit dem Anker eine Ebene bildet und am Permanentmagneten mit möglichst geringem Luftspalt, vorzugsweise in

ίο

einer in dessen Stirnseite gebildeten Nut (27), anliegt.

2. Kopfhörer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (19, 20) mit dem Anker (15) aus einem Stück bestehen.

3. Kopfhörer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme eine geringere Dicke als der Hauptteil des Ankers haben.

4. Kopfhörer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkörper mit einem von ihm ausgehenden Arm (33, 34) versehen ist, an dem ein metallisches Anschlußorgan (37, 38) befestigt ist, z. B. in Form eines Stiftes, das für den Anschluß eines Spulenwicklungsendes innerhalb der Umhüllung (2) des Kopfhörers ausgebildet (39, 40) ist und sich durch eine Öffnung in der Umhüllung (2) hinauserstreckt, um den Anschluß einer äußeren Leitung außerhalb der Umhüllung (2) zu ermöglichen.

5. Kopfhörer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Arm (33, 34) von einem Flansch (32) des Spulenkörpers (30) ausgeht und mit seinem freien Ende (35, 36) das Anschlußorgan (37,38) trägt.

6. Kopfhörer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker mit der Membran durch einen Stift (41) verbunden ist und der Stift (41) mit einem Flansch (42) an der einen Seite der Membran (3) und einem gegen die Membran (3) gestauchten Teil (43) an der anderen Seite der Membran (3) ausgebildet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 511229, 959 924,
411;

schweizerische Patentschrift Nr. 326 617;
USA.-Patentschriften Nr. 2 511114, 2 692 918.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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