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Die Erfindung betrifft einen elektrodynamischen Wandler mit einer Membran, die in der Nähe des äußeren Umfanges eine ringförmige Sicke und eine akustisch leitende Verbindung zwischen der Vorderseite und der Rückseite der Membran aufweist.
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Ein mechanisch-akustisches Schwingungsgebilde wie ein dynamischer Wandler setzt sich aus verschiedenen geeignet gestalteten Massen (z. B. Masse der Membran, Masse eines schwingenden Luftpfropfens), Steifen (z. B. Steife der Membran, Steife eines Luftpolsters) und Reibungswiderständen (z. B. innere Reibung der Membran, Reibung einer schwingenden Luftsäule an der umgebenden Gehäusewand) zusammen. Die komplizierten theoretischen Zusammenhänge werden etwas übersichtlicher, wenn man ein entsprechend vereinfachtes elektrisches Ersatzschaltbild mit konzentrierten Massen und Steifigkeiten und Berücksichtigung nur der Grundschwingung der Membran einführt, wie es beispielsweise in der Zeitschrift "Frequenz" Bd. 16 (1962) H. 6 auf den Seiten 95 bis 102 geschildert ist.
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Ein entsprechendes Ersatzschaltbild ist in der Fig. 1 dargestellt. An einem derartigen Ersatzschaltbild lassen sich die Auswirkungen auf die Frequenzkurve bei der Variation einzelner Parameter besser studieren. Aus der mechanischen Parallelschaltung von Masse m&sub0;, Steife s&sub0; und innerer Reibung r&sub0; der Membran M wird im elektrischen Ersatzschaltbild der Serienkreis mit der Induktivität L&sub0;, der Kapazität C&sub0; und dem Widerstand R&sub0;. In den folgenden Umrechnungsformeln bedeuten a und b reelle Konstante.
Für die Eigenresonanz der Membran &udf53;np30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;ergibt sich im elektrischen Ersatzschaltbild &udf53;np30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;
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Wesentlich beim elektrischen Ersatzschaltbild ist noch, daß Querschnittsveränderungen (Flächensprünge) im Schallweg durch Übersetzungsverhältnisse ü zu berücksichtigen sind. So ergibt sich zum Beispiel für die Parameter des Helmholtz-Resonators
L&min;&sub1; = @W:°KL°kÉ:°KÝ°kÉ¥&udf54;; R&min;&sub1; = @W:°KR°kÉ:°KÝ°kÉ¥&udf54;; C&min;&sub1; = C&sub1; · ü&sub1;² mit
ü&sub1; = @W:Fl¿che¤im¤Resonatorhals:effektive¤Membranfl¿che&udf54;.
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In der Fig. 1 entspricht die Induktivtät L&min;&sub5; und der Widerstand R&min;&sub5; der Membranöffnung Mö und L&min;&sub1;, R&min;&sub1; und C&min;&sub1; einen Helmholtz-Resonator HR. Der Kondensator C&sub2; entspricht dem Volumen hinter der Membran und der Kondensator C&sub4; dem Volumen vor der Membran. Der dem Kondensator C&sub4; parallelgeschaltete Schwingkreis entspricht einem γ/2 Resonator und R&min;&sub3; und L&min;&sub3; den Hörmuschelkanälen H. Der Kondensator C&min;&sub3; ist zur Nachbildung des Ohrvolumens vorgesehen. Mit U E ist die Eingangsspannung und mit U A die Ausgangsspannung bezeichnet.
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Alle "gestrichenen" Größen in der Fig. 1 sind übersetzte Größen. Die hier speziell interessierende Membranöffnung MÖ wird im Ersatzschaltbild durch die Induktivität L&min;&sub5; und den dazu in Serie liegenden Widerstand R&min;&sub5; dargestellt. Es gilt:
L&min;&sub5; = @W:°KL°kÍ:°KÝ°kÍ¥&udf54;; R&min;&sub5; = @W:°KR°kÍ:°KÝ°kÍ¥&udf54; mit
ü&sub5; = @W:Fl¿che¤der¤MembranÐffnung¤°KS°k:effektive¤Membranfl¿che¤°KSo°k&udf54;.
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Die Einhaltung des Toleranzschemas für den Frequenzverlauf des Empfangsübertragungsmaßes bei einem dynamischen Wandler für Fernmeldeeinrichtungen erfordert einen Tiefenresonator, der einerseits den Übertragungsbereich zu tiefen Frequenzen hin erweitert und durch eine Resonanzüberhöhung einen Lautstärkegewinn erzeugt, sowie andererseits für ganz tiefe Frequenzen einen akustischen Kurzschluß bildet. Durch den Empfindlichkeitsabfall bei tiefen Frequenzen soll die Übertragung niederfrequenter Störschalle, z. B. Raumgeräusch, über eine Fernsprechleitung zum Gesprächspartner unterbunden werden.
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Als Tiefenresonator sind bisher Löcher in der Membran verwendet worden, mit denen es aber nur schwer möglich war, gleichzeitig die richtige Masse und Reibung zu realisieren. Das Problem wurde bisher akustisch optimal durch eine Düse in der Membran gelöst, die beim Herstellen der Membran mitgebildet wurde. Dabei muß allerdings das Düsenloch in einem zusätzlichen Arbeitsgang herausgestanzt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit möglichst einfachen Mitteln einen Tiefenresonator für die eingangs beschriebenen elektrodynamischen Wandler zu schaffen, mit dem dieselbe Wirkung wie mit einer Düse in der Membran erzielt wird. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die akustisch leitende Verbindung zwischen der Vorderseite und der Rückseite der Membran eine oder mehrere Öffnungen in der Sicke bilden. Mit der Lösung nach der Erfindung wird dasselbe Ergebnis wie mit einer Düse erreicht und ebenfalls bei jedem nach der Erfindung hergestellten Wandler definierte Werte erzielt. Dadurch ergibt sich eine Vereinfachung der Herstellung, da das Positionieren entfällt. Das Ausstanzen der Öffnung erfolgt gleichzeitig mit dem Beschneiden des Membranrandes.
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Die notwendige schwingungsfähige Luftmasse, die bisher aus der Masse in der Düse bestand, wird bei der Lösung nach der Erfindung durch Mitbenutzen eines durch die Sicke gebildeten kleinen Halses sowie durch die Tatsache erreicht, daß die Membranauslenkung am Ort der Sicke annähernd zu Null wird. Dadurch wird die Luftreibung an der Wandlung minimal, was zu einer stärkeren Ausprägung der Resonanzüberhöhung führt.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die Membranauflage so dicht an die Sicke herangeführt, daß sie einerseits die Bewegung der Membran noch nicht hemmt, aber andererseits zur Vergrößerung der schwingenden Luftmasse beiträgt. Bei dieser Ausgestaltung kann die Membranauflage der Form der Sicke angepaßt sein, was zu einer weiteren Vergrößerung der schwingenden Luftmasse führt.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Ausstanzen einer oder mehrerer Öffnungen gleichzeitig mit dem Beschneiden des Membranrandes. Dadurch wird erreicht, daß das Ausstanzen der Löcher mit dem Beschneiden der Membran in einem Arbeitsgang vorgenommen wird.
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Die Erfindung wird an Hand der linken Hälfte der Fig. 2 erläutert. In der rechten Hälfte ist eine Membrandüse dargestellt.
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In der Fig. 2 ist mit 1 die Fassung einer elektrodynamischen Hörkapsel, mit 2 ein γ/2-Resonator, mit 3 eine Membran mit Spule, mit 4 eine Membranauflage, mit 5 eine Polplatte, mit 6 ein Magnet, mit 7 ein Topf, mit 8 ein Gehäuse, mit 9 ein Messer für einen Steckanschluß, mit 10 eine Kontaktplatte, mit 11 eine Membrandüse und mit 12 eine Ausnehmung in der Außensicke bezeichnet.
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Die Wirkung der in der rechten Hälfte der Fig. 2 dargestellten Düse in der Membran wird nach der Erfindung mit der in der linken Hälfte angedeuteten Ausnehmung realisiert, durch die ein Arbeitsgang eingespart wird.
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Im Bereich der Sicke ist die Membranauslenkung bereits relativ klein. Man erhält wegen der so verringerten Reibung und vergrößerten effektiven Masse eine verstärkte Resonanzüberhöhung mit einer nach unten verschobenen Resonanzfrequenz. Auch die geometrische Form (Einbuchtung) der Sicke trägt dazu bei, die effektive Masse zu vergrößern. Auf diese Weise wird praktisch eine Düsenwirkung nachgeahmt.
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Die Öffnung (Düse oder Loch) wirkt in beiden Fällen einerseits als akustischer Kurzschluß (Druckausgleich zwischen Vorder- und Rückseite der Membran) für ganz niedrige Frequenzen, andererseits - bei geeigneter Wahl von Querschnitt und Länge - als Tiefenresonator, mit dem eine definierte Überhöhung im Bereich der unteren Grenze des Fernsprechübertragungsbereichs erzeugt werden kann. Diese Überhöhung ist wesentlich für die Lage der Frequenzkurve in einem geforderten Toleranzschema und für den Bezugsdämpfungswert des dynamischen Wandlers.