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WO2007110252A1 - Verfahren zur bestimmung der position eines beweglichen teils eines elektroakustischen wandlers - Google Patents

Verfahren zur bestimmung der position eines beweglichen teils eines elektroakustischen wandlers Download PDF

Info

Publication number
WO2007110252A1
WO2007110252A1 PCT/EP2007/050509 EP2007050509W WO2007110252A1 WO 2007110252 A1 WO2007110252 A1 WO 2007110252A1 EP 2007050509 W EP2007050509 W EP 2007050509W WO 2007110252 A1 WO2007110252 A1 WO 2007110252A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
radiation
receiving unit
radiation source
membrane
source
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/050509
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Harry Bachmann
Daniel Schoeni
Alain Brenzikofer
Norbert Felber
Christian Schaffner
Original Assignee
Anocsys Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Anocsys Ag filed Critical Anocsys Ag
Priority to EP07726205A priority Critical patent/EP1974583A1/de
Priority to US12/161,614 priority patent/US20090060213A1/en
Publication of WO2007110252A1 publication Critical patent/WO2007110252A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R29/00—Monitoring arrangements; Testing arrangements
    • H04R29/001—Monitoring arrangements; Testing arrangements for loudspeakers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/002—Damping circuit arrangements for transducers, e.g. motional feedback circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/007—Protection circuits for transducers

Definitions

  • the present invention relates first to a method for determining a position and / or a movement of a first part with respect to a second part of an electroacoustic transducer, to which a signal to be converted is supplied. Furthermore, a device according to the preamble of claim 8 is given.
  • electroacoustic transducers in the form of loudspeakers are usually used.
  • Characteristic feature of speakers is that the air pressure is changed according to the signal to be reproduced. In common constructions, this is accomplished by means of a surface to be moved around a defined point, which is referred to below as a diaphragm or loudspeaker diaphragm.
  • the movement of the membrane is controlled by the current flowing through a coil, the coil being mechanically connected to the membrane and usually moving in a magnetic field generated by a constant magnet.
  • the movement of the membrane can also be accomplished by an electrical field corresponding to the supplied signal, or be controlled.
  • Characteristic features of a loudspeaker membrane are thus their weight and their rigidity.
  • the weight of the membrane is therefore a characteristic feature because the moment of inertia of the membrane changes with changing weight. This also applies to the components connected to the membrane and consequently at least partially co-moving. The smaller the weight and thus the moment of inertia of the membrane, the more accurately can the course of the applied signal be followed.
  • the stiffness of the membrane must therefore be called a characteristic feature, because a membrane with increasing rigidity less deforms under the influence of the force acting on it and, accordingly, the air pressure is distributed more uniformly over the entire surface of the membrane.
  • the force acting on the membrane is usually the signal to be reproduced or converted into an air pressure fluctuation which corresponds to the method described above is caused by a coil due to the signal applied to the coil.
  • the coil is usually mechanically connected only to part of the membrane and the force distribution according to the rigidity of the membrane acts unevenly on this. Accordingly, the same principles apply to transducers, which are based on an alternative physical principle, since here too the deformation of the membrane is a decisive factor and also subject to comparable restrictions.
  • the principle underlying the electroacoustic transducer plays only a minor role in relation to the characteristic features described above, as long as the change in the air pressure is effected by a mechanical component, such as a membrane.
  • Electroacoustic transducers can therefore be described as qualitatively good, especially if they are able to reproduce the originally applied signal as faithfully as possible, or with the least possible distortion. Qualitatively good electroacoustic transducers are thus able to effect a change in the air pressure which corresponds as accurately as possible to the originally supplied signal.
  • US Pat. No. 3,047,661 describes a method in which the movement of the loudspeaker diaphragm is detected by means of a suitably placed mechanical sensor in the form of a sensor.
  • the mechanical probe influences the movement of the membrane, adding an additional error to the measurement.
  • the mechanical sensor slows down the movement in one direction of movement of the membrane, in the other direction of movement of the membrane there is a risk that the sensor loses contact with the membrane, because the sensor is also subject to a moment of inertia due to its own weight.
  • this construction is associated with a considerable effort.
  • Hall sensors as described in JP-57184397, also requires an additional Wiring. Furthermore, the mass to be moved is increased by the Hall sensor. Finally, the Hall sensor must be adjusted before use for a reliable function, which requires a certain additional effort.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a method in which the aforementioned disadvantages are eliminated.
  • the invention initially relates to a method for
  • the first part is irradiated with radiation generated by a radiation source, wherein the radiation source is preferably rigidly connected to the second part,
  • first part in the present invention specification is to be understood as meaning one or more movable components of the electro-acoustic transducer, in particular the membrane and the bead.
  • second part in the present invention specification means one or more solid components of the electro-acoustic transducer, in particular the chassis.
  • the present invention allows the monitoring of the membrane, ie the first part of the electro-acoustic transducer, in order to be able to make a correction to the signal to be converted, if necessary, ie during membrane movement which has not been directly caused by the signal to be converted.
  • This invention it is possible to improve or compensate for one or more of the previously described features of a loudspeaker.
  • the present invention thus makes it possible to monitor the movement of the membrane and to compare it with the signal originally applied, which compensates for the moment of inertia caused by the dead weight and the weight of the components connected to the membrane.
  • the component which causes the movement of the membrane very often plays a crucial role in the usual converter designs. This is the case, for example, when the electro-acoustic transducer based on an electromagnetic principle and the movement is generated for example by a mechanically connected to the membrane coil.
  • An embodiment variant of the present invention is characterized in that a marking arranged on the first part is irradiated with the radiation source.
  • a further embodiment variant is that the changes caused by the radiation source caused by the first part takes place either by a transmission through the first part or by a reflection on the first part.
  • a still further embodiment variant is that an intensity of the radiation is measured with the receiving unit.
  • a still further embodiment variant is that the beams generated by the radiation source are bundled.
  • a still further embodiment variant is that one of the following sources is used as the radiation source: - Electromagnetic source with a terahertz radiation;
  • the measured position and / or the measured movement of the first part is compared with the signal to be converted to determine an error signal that due to the error signal supplied to the electroacoustic transducer signal is changed such that the error signal is minimal becomes.
  • an inventive device with an electro-acoustic transducer which comprises a first part and a second part indicated.
  • the movable relative to the second part of the first part is characterized in that a beam-generating
  • Radiation source and a receiving unit are provided, which are rigidly operatively connected to the second part, wherein the radiation source is arranged with respect to the first part, that at least a part of the rays of the radiation source reaches the first part and is changed by the Receiving unit is arranged with respect to the first part that at least a part of the changed beams is received by the receiving unit.
  • An embodiment variant of the device according to the invention is characterized in that a marking is arranged on the first part, wherein at least a part of the rays of the radiation source reach the marking.
  • a further embodiment of the device according to the invention consists in that the radiation source and the receiving unit are arranged on the same side with respect to the first part.
  • a still further embodiment of the device according to the invention consists in that the radiation source and the receiving unit are arranged on the opposite side with respect to the first part.
  • Radiation bundling unit between the radiation source and the first part is arranged.
  • Radiation collection unit is disposed between the first part and the receiving unit.
  • the radiation source is one of the following sources:
  • an amplifier and an addition unit are provided, which is acted upon a signal to be converted a first input, wherein the addition unit is operatively connected via the amplifier with the electro-acoustic transducer and wherein an output of the receiving unit is operatively connected to a second input of the addition unit.
  • 1 shows a section through a known speaker
  • 2 different design options for a marking on a loudspeaker according to the invention
  • FIG. 5 is a detailed view of the beam path according to FIG. 4,
  • FIG. 8 shows a further embodiment of a loudspeaker according to the invention
  • Fig. 7 shows a compensation circuit for compensating for inaccuracies in a loudspeaker according to the invention
  • Fig. 8 shows a further embodiment of a loudspeaker according to the invention.
  • Fig. 1 a section through a known speaker is shown. Based on this section, the existing in the control of speakers
  • Fig. 1 with a membrane is referred to, which is driven by a coil 5 and is guided by a bead 2 and a centering 3.
  • the bead 2 and the centering 3 at the same time define a rest point of the membrane 1.
  • the rest point takes the membrane 1 when the coil 5 is de-energized, that is, when the transducer no signal is supplied.
  • the bead 2 and the centering 3 are fixed to a chassis 4, which is connected to a permanent magnet ⁇ . If the coil 5 is now flowed through by a current, a current generated by the current acts
  • Movement of the diaphragm 1 will not correspond to the signal applied to the coil 5 for a short time. Since the coil 5 is mechanically connected to the diaphragm 1 and consequently increases the mass to be moved, the moment of inertia of the whole construction is additionally enhanced.
  • the present invention is to provide a method of monitoring the movement of a mechanical component, such as a speaker diaphragm, and a method of correcting the movement of the mechanical component to optimize the reproduction of the signal applied to the mechanical component.
  • the mechanical component can be understood as part of an electroacoustic transducer with which Task to effect a change in the air pressure corresponding to the originally supplied signal, this method can also be applied to other transducer systems in which the mechanical inertia of a moving component affects the quality of the conversion.
  • the movement of the mechanical component is monitored without contact and changed by means of a suitable control loop, the signal supplied to the transducer so that the movement of the mechanical component corresponds to the originally supplied to the transducer signal.
  • the determination of the acceleration of a moving component, or the change in the acceleration of a moving component can also be obtained by repeatedly determining the position and the subsequent comparison of the respectively determined positions of the moving component taking into account the time elapsed between the determination of the respective position. For this reason, the statements relating to the determination of a position are also applicable to the determination of the acceleration or the speed.
  • the position of the mechanical component has to be determined reliably without being influenced by it.
  • the difference to the originally supplied signal must be determined and the detected error, the applied signal to be applied to correct the position of the mechanical component so that the position corresponds to the originally supplied signal.
  • FIG. 2 In order to monitor the movement of the membrane, or to determine its position, by means of a marking 7, 8, 9, 10, 36 and 37 (FIG. 2) applied on the outside of the membrane 1 (FIG Movement be monitored by means of an incident light method.
  • a marking 7, 8, 9, 10, 36 and 37 FIG. 2
  • conics are used, of course, a variety of other design options for the marking 7, 8, 9, 10, 36, 37 or conic conceivable is.
  • FIG. 3 shows a loudspeaker according to the invention in a section analogous to the known loudspeaker shown in FIG.
  • One or more of the marks 7, 8, 9, 10, 36 and 37 are arranged on the membrane 1.
  • the mark 7, 8, 9, 10, 36 and 37 irradiated, whereupon this reflects the light as a function of the position of the membrane 1 according to their design.
  • the reflected light is converted by a photosensitive receiving unit 16 into a corresponding electrical signal, which is fed to a further processing unit (not shown).
  • the membrane 1 moves in accordance with a directional indication 11, the marking 7, 8, 9, 10, 36, 37 shifts together with the membrane 1.
  • This causes the light emitted by the light source 12 to be reflected to a different degree and the light-sensitive receiving unit 16 measures a correspondingly lower brightness.
  • the position of the membrane 1 can be determined.
  • FIG. 3 Another possibility for determining the position of the membrane 1 according to the invention presented here is also shown in FIG. It is expressly pointed out that - although shown in Fig. 3 in the same speaker - the further possibility for position determination of the already explained option is independent. Accordingly, one or the other possibility can be used, wherein a simultaneous use of both options is not excluded. This is particularly conceivable if the mode of operation or the accuracy of the position is to be monitored.
  • a reflective, in the direction of movement 11 of the membrane 1 smooth reflective surface 15 is provided, which is irradiated by another light source 13, which is for example a laser light source, wherein instead of laser light or normal light in the visible Other radiations can be used, such as light in the infrared range, in the ultraviolet range or in the terahertz range.
  • This radiation is reflected by the surface 15.
  • a further receiving unit 14 which for example is a photoresistor , a photodiode, a phototransistor or other suitable means.
  • a further possibility of determining the acceleration on the basis of reflected radiation is likewise to be explained with reference to FIG. 3 and the further light source 13, the further receiving unit 14 and the surface 15.
  • the surface 15 is also smooth in the direction of movement 11 of the membrane 1.
  • the surface 15 reflects the respectively used radiation which is emitted by the further light source 13.
  • the prerequisite here is also that the radiation is bundled.
  • the diameter of the beam corresponds in the optimum case to the diameter of the further receiving unit 14, this condition not necessarily must be fulfilled. It is crucial that the beam reaches the further receiving unit 14 such that a movement of the membrane 1 in the predetermined direction of movement 11 in the further receiving unit 14 can be detected, which is a change in the intensity of the light incident on the further receiving unit 14 or the light incident radiation is reached. This is illustrated in Fig.
  • FIG. 5 is a detail view of the circled area in Fig. 4.
  • a section of the membrane 1 is shown in Fig. 4, which is illuminated by a light source 13 with a light beam 18.
  • the receiving unit 14 receives the beam 38 reflected by the diaphragm 1.
  • the beam 18 emitted by the light source 13 strikes the diaphragm 1 at another location. This is illustrated in FIG. 4 on the basis of a dashed second position 35 of the membrane 1, which leads to a reflected light beam 34 instead of the reflected light beam 38.
  • FIG. 5 showing the optimum case in that the reflected light beam 38 is centered on a receiver surface 19 of the receiving unit 14 falls.
  • Fig. 5 it is shown how the reflected beam 38 arrives at the maximum deflection of the diaphragm 1 in the direction of movement 11 on the receiver surface 19.
  • the relevant receiver surface 19 completely covered by the light beam 38, which corresponds to a maximum intensity. If the diaphragm 1 changes its position or its acceleration-that is to say when it is moved-the intensity resulting on the receiver surface 19 by the reflected beam 34 is smaller.
  • the movement or the position of the membrane can be derived from the measured intensity of the reflected beams 34, 38, ie determined.
  • the determination of the acceleration of the membrane 1 is in principle also by means of a so-called
  • this method requires a known thickness of the membrane 1 at the relevant point.
  • the membrane 1 is irradiated from one side with an electromagnetic wave having a relatively long wavelength, wherein the point of the membrane 1 to be irradiated is designed such that the permeability of the membrane 1 at the relevant point in the direction of movement 11 of the membrane 1 is constant. or decreases.
  • the existing residual radiation can be determined by means of a suitable sensor.
  • position determination for example, radiation in the terahertz range is suitable, and in principle X-ray radiation could also be used. This type of position determination would also work with radio waves, with less efficiency compared to terahertz radiation, as radio waves are less well bundled.
  • any type of electromagnetic radiation for this type of Positioning can be used as long as it is able to penetrate the membrane 1 in the relevant place, it being noted that the efficiency of the measurement depends on the degree of bundling of the radiation used.
  • the signal to be supplied to the electro-acoustic transducer is corrected such that the resulting movement of the diaphragm 1 corresponds to the signal originally supplied to the electro-acoustic transducer.
  • the inaccuracies caused by the membrane itself are eliminated.
  • a uniformly reflective element 20 is applied to one side of the membrane 1.
  • this can be a defined shape with a specific color. It is conceivable, for example, the use of a sticker, a painted or printed form or an alternative method.
  • FIGS. 36 and 37 show possible embodiments of this reflecting surface, although other shapes can also be used. The shape affects the linearity of the change in intensity measured by the receiving unit 14.
  • 13 is again a radiation source which irradiates, inter alia, the reflective element 20, and 14 is again a receiving unit, which receives the reflected radiation from the membrane 1. If the membrane 1 moves in the direction of movement 11, the distance of the reflecting element 20 with respect to the receiving unit 14 changes. This has the consequence that the radiation intensity perceived by the receiving unit 14 changes, in direct dependence on the distance of the membrane 1 to the receiving unit 14. So that a direct irradiation of the light source 13 can be prevented on the receiving unit 14, a separating element 23 is provided.
  • the change in the radiation intensity perceived by the receiving unit 14 can be influenced in such a way that a linear relationship arises between the displacement and the measured radiation intensity.
  • the use of a reference receiver to compensate for any existing external radiation influences is also provided in a further embodiment.
  • FIG. 1 An alternative embodiment of the present invention based on an alternative principle will be shown with reference to the illustration in FIG.
  • the beam 33 is characterized in that it contains a modulated signal.
  • the dome 29 is best suited for the application of this method according to the invention described below, since the dome 29 is that part which has the greatest rigidity of the parts intended to cause an air pressure fluctuation in an electro-acoustic transducer. However, this is not a mandatory requirement in the present embodiment.
  • the modulated signal causes that at different distance between the source 30 and the cap 29, or between the cap 29 and the receiving unit 32, which caused by the changing path difference in the transit time can be used to accelerate the membrane 1 to determine.
  • the propagation delay difference can be determined precisely, whereby this method can be refined by the signal modulated on the beam 33 having no regular characteristic.
  • Another embodiment of this method is to determine the resulting from the movement of the membrane 1 change in the frequency of the beam 33 modulated signal, from which the acceleration can be derived.
  • the advantage of the methods described above is that no additional wiring on or to moving parts is necessary and the moving mass is practically not increased.
  • the weight of the reflectors or markers 7, 8, 9, 10, 36, 37 to be applied is in the
  • the invention presented here has a direct influence on the quality of the reproduced signal. Because the
  • Membrane movement in direction 11 is corrected so that it corresponds to the originally supplied to the transducer signal, distortions are minimized. In addition, the latency is reduced.
  • An extension of the usable for the converter frequency range is also possible.
  • the volume required for the intended purpose can be reduced since the movement of the membrane 1 can be directly optimized at low frequencies; the usable frequency range can be corrected both upwards and downwards.
  • the linearity of the phase position of the diaphragm 1 with respect to the signal originally supplied to the transducer can be improved with the invention presented here.
  • Another application according to the invention is the protection of the electro-acoustic transducer from overloading.
  • FIG. 1 The illustration in FIG. 1 is intended to show what possible causes of impairment or damage to the movable component of an electroacoustic transducer can be.
  • the membrane 1 is held by the bead 2 and the centering diaphragm 3 in position. These parts can be destroyed if the deflection of the membrane 1 exceeds a certain level, the cause of the above-described impairment or damage of the membrane 1 is therefore mechanical. Too large deflection of the membrane 1, the coil 5 can be damaged, namely, when the coil 5 is mechanically present at another part of the electro-acoustic transducer. Depending on the design, this may or may not be the permanent magnet 6 or the chassis 4. If the inaccuracies of an electro-acoustic transducer with respect to the signal to be reproduced are known, the compensation of these errors is possible, for example, with reference to the circuit described in FIG.
  • the circuit consists of an addition unit 24, a
  • Amplifier 25 the speaker 26 and the sensor element 27 for measuring the membrane position or the
  • a signal to be reproduced is applied via a terminal 28 of the addition unit 24 whose output signal is connected to the electro-acoustic transducer 26 via the amplifier 25.
  • the sensor element 27 is used to measure the membrane acceleration, the electrical value of which is fed to a further input of the addition unit 24 in order to correct the signal 28 originally to be reproduced in such a way that the acceleration measured at 27 corresponds to the originally supplied signal 28.

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer Position und/oder Bewegung eines ersten Teils (1) in Bezug auf einen zweiten Teil eines elektro-akustischen Wandlers, dem ein zu wandelndes Signal zugeführt wird. Das Verfahren besteht darin, dass der erste Teil (1) mit von einer Strahlungsquelle (12, 13) erzeugten Strahlen bestrahlt wird, wobei die Strahlungsquelle (12, 13) mit dem zweiten Teil starr verbunden ist, dass zumindest ein Teil der von der Strahlungsquelle (12, 13) erzeugten Strahlen vom ersten Teil (1) verändert wird, dass zumindest ein Teil der durch den ersten Teil (1) veränderten Strahlen mit Hilfe einer Empfangseinheit (14, 16) gemessen wird und dass aufgrund der in der Empfangseinheit (14, 16) gemessenen Strahlen die Position und/oder die Bewegung des ersten Teils (1) in Bezug auf den zweiten Teil berechnet wird.

Description

Verfahren zur Bestimmung der Position eines beweglichen Teils eines elektroakustischen Wandlers
Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zur Bestimmung einer Position und/oder einer Bewegung eines ersten Teils in Bezug auf einen zweiten Teil eines elektroakustischen Wandlers, dem ein zu wandelndes Signal zugeführt wird. Ferner ist eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff nach Anspruch 8 angegeben.
Zur Reproduktion von Musik oder anderen akustischen Signalen werden üblicherweise elektroakustische Wandler in Form von Lautsprechern verwendet. Bezeichnendes Merkmal von Lautsprechern ist, dass der Luftdruck entsprechend dem zu reproduzierenden Signal verändert wird. Bei den gängigen Konstruktionen wird dies mittels einer sich um einen definierten Punkt zu bewegenden Fläche bewerkstelligt, welche im Folgenden als Membran oder Lautsprechermembran bezeichnet wird. Bei den gängigen Konstruktionen wird die Bewegung der Membran durch den eine Spule durchfliessenden Strom gesteuert, wobei die Spule mechanisch mit der Membran verbunden ist und sich üblicherweise in einem von einem Konstantmagneten erzeugten Magnetfeld bewegt. Die Bewegung der Membran kann aber auch durch ein dem zugeführten Signal entsprechendes elektrisches Feld bewerkstelligt, respektive gesteuert werden.
Das zugrunde liegende physikalische Prinzip und dessen Umsetzung haben einen Einfluss auf ein mit einem Lautsprecher generiertes Signal. Dieser Einfluss ist unerwünscht, insofern er aus der Membranbewegung selbst resultiert und nicht dem dem Wandler zugeführten Signal zuzuschreiben ist. Ursachen für die störenden Membranbewegungen sind einerseits ein Trägheitsmoment, das die Membran aufgrund ihrer Masse sowie der Masse der mechanisch damit verbundenen Teile aufweist, anderseits die Beeinflussung der Membranbewegung durch die Befestigung, Zentrierung und Führung der Membran.
Charakteristische Merkmale einer Lautsprechermembran sind somit deren Gewicht sowie deren Steifigkeit.
Das Gewicht der Membran ist deshalb ein charakteristisches Merkmal, weil sich das Trägheitsmoment der Membran mit änderndem Gewicht verändert. Dies gilt auch für die mit der Membran verbundenen und demzufolge zumindest teilweise mitbewegten Komponenten. Je kleiner das Gewicht und damit das Trägheitsmoment der Membran sind, desto genauer kann dem Verlauf des beaufschlagten Signals gefolgt werden.
Die Steifigkeit der Membran muss deshalb als charakteristisches Merkmal bezeichnet werden, weil sich eine Membran mit zunehmender Steifigkeit unter dem Einfluss der auf sie einwirkenden Kraft weniger verformt und dementsprechend der Luftdruck auf der ganzen Oberfläche der Membran gleichmässiger verteilt ist. Die auf die Membran einwirkende Kraft ist üblicherweise das zu reproduzierende, respektive in eine Luftdruckschwankung umzuwandelnde Signal, welches dem vorgehend beschriebenen Verfahren zufolge von einer Spule aufgrund des der Spule zugeführten Signals bewirkt wird. Dies ist deshalb erwähnenswert, weil die Spule üblicherweise nur mit einem Teil der Membran mechanisch verbunden ist und die Kraftverteilung entsprechend der Steifigkeit der Membran ungleichmässig auf diese einwirkt. Die gleichen Grundsätze gelten dementsprechend auch für Wandler, welche auf einem alternativen physikalischen Prinzip beruhen, da auch hier die Verformung der Membran einen entscheidenden Faktor darstellt und auch vergleichbaren Einschränkungen unterliegt .
Das dem elektroakustischen Wandler zugrunde liegende Prinzip spielt in Bezug auf die vorstehend beschriebenen charakteristischen Merkmale nur eine untergeordnete Rolle, so lange die Veränderung des Luftdrucks durch eine mechanische Komponente, wie zum Beispiel eine Membran, bewirkt wird.
Elektroakustische Wandler können also vor allem dann als qualitativ gut bezeichnet werden, wenn sie in der Lage sind, das ursprünglich beaufschlagte Signal möglichst originalgetreu, respektive mit möglichst geringen Verzerrungen, zu reproduzieren. Qualitativ gute elektroakustische Wandler sind somit in der Lage, eine Veränderung des Luftdrucks zu bewirken, welche dem ursprünglich zugeführten Signal möglichst genau entspricht.
Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Überwachung der Bewegung der Lautsprechermembran bekannt. Je nach Realisierungsform weisen die bekannten Wandler jedoch Nachteile auf. Diese werden anhand von konkreten Realisierungsformen im Folgenden erläutert.
Im US Patent mit der Nummer US-3 047 661 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem die Bewegung der Lautsprechermembran mittels eines entsprechend platzierten mechanischen Sensors in Form eines Fühlers erfasst wird. Die Nachteile dieser Konstruktion sind offensichtlich: Durch den mechanischen Fühler wird die Bewegung der Membran beeinflusst, womit ein zusätzlicher Fehler durch die Messung hinzugefügt wird. Der mechanische Fühler bremst in der einen Bewegungsrichtung der Membran die Bewegung, in der anderen Bewegungsrichtung der Membran besteht das Risiko, dass der Fühler den Kontakt mit der Membran verliert, da der Fühler aufgrund seines eigenen Gewichts ebenfalls einem Trägheitsmoment unterliegt. Ausserdem ist diese Konstruktion mit einem nicht unerheblichen Aufwand verbunden.
Ein anderes Verfahren wird im US Patent mit der Nummer US-4 727 584 beschrieben. In dieser Patentschrift wird die Anwendung eines Beschleunigungssensors auf der Lautsprecherspule beschrieben. Dieser Sensor vergrössert das Gewicht der Membran, was wiederum zu einer Vergrösserung des Trägheitsmoments führt. Um einen derartigen Sensor betreiben zu können, müssen seine Anschlüsse mit Leitungen versehen sein, welche bei jeder Bewegung der Lautsprechermembran mechanisch belastet werden und deshalb aufgrund der Materialermüdung brechen können. Ausserdem verteuert sich die Herstellung eines Lautsprechers mit einem Beschleunigungssensor, da zusätzliche Bauteile verwendet und justiert werden müssen und zusätzliche Verdrahtungsarbeiten nötig sind.
Die Verwendung unterschiedlichster, auf dem Konus der Membran platzierten Sensoren wird im US Patent mit der Nummer US-3 821 473 beschrieben. Dabei wird unter anderem die Verwendung von piezoelektrischen und piezo-resistiven Sensoren oder die Verwendung von druckempfindlicher Farbe als Wandler beschrieben, die Signale generieren, welche sich proportional zur Bewegung der Lautsprechermembran verhalten. Auch bei diesem Verfahren wird die bewegte Masse vergrössert. Zudem ist die Herstellung des Lautsprechers relativ aufwendig. Die Verdrahtung der Sensoren kann ausserdem - wie bei den vorgehend beschriebenen Verfahren - aufgrund der Materialermüdung brechen.
Andere zum Patent angemeldete Verfahren sehen die Verwendung einer oder mehrerer zusätzlicher Spulen vor, die konzentrisch um die die Membran bewegende Spule auf dem Konus der Membran angeordnet sind. Diesbezüglich wird stellvertretend auf die folgenden Druckschriften verwiesen: US-4 243 839, US-4 550 430 und US-4 573 189. Die bekannten Verfahren weisen die gleichen Nachteile auf, wie sie bereits beschrieben worden sind: Die zu bewegende Masse vergrössert sich, eine zusätzliche Verdrahtung ist nötig und die Herstellung verteuert sich.
Die Verwendung von Hall-Sensoren, wie sie in JP-57184397 beschrieben wird, bedingt ebenfalls eine zusätzliche Verdrahtung. Ferner ist durch den Hall-Sensor die zu bewegende Masse vergrössert. Schliesslich muss der Hall- Sensor vor dem Einsatz für eine zuverlässige Funktion justiert werden, was einen gewissen Zusatzaufwand erforderlich macht.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren anzugeben, bei dem die vorstehend genannten Nachteile eliminiert sind.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Massnahmen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsvarianten sowie eine Vorrichtung sind in weiteren Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zur
Bestimmung einer Position und/oder Bewegung eines ersten Teils in Bezug auf einen zweiten Teil eines elektro- akustischen Wandlers, dem ein zu wandelndes Signal zugeführt wird, wobei das Verfahren darin besteht,
- dass der erste Teil mit von einer Strahlungsquelle erzeugten Strahlen bestrahlt wird, wobei die Strahlungsquelle mit dem zweiten Teil vorzugsweise starr verbunden ist,
- dass zumindest ein Teil der von der Strahlungsquelle erzeugten Strahlen vom ersten Teil verändert wird,
- dass zumindest ein Teil der durch den ersten Teil veränderten Strahlen mit Hilfe einer Empfangseinheit gemessen wird und - dass aufgrund der in der Empfangseinheit gemessenen Strahlen die Position und/oder die Bewegung des ersten Teils in Bezug auf den zweiten Teil berechnet werden.
Grundsätzlich ist unter der Bezeichnung "erster Teil" in der vorliegenden Erfindungsspezifikation eine oder mehrere bewegliche Komponenten des elektro-akustischen Wandlers, so insbesondere die Membran und die Sicke, zu verstehen. Ferner ist unter der Bezeichnung "zweiter Teil" in der vorliegenden Erfindungsspezifikation eine oder mehrere feste Komponenten des elektro-akustischen Wandlers, so insbesondere das Chassis, zu verstehen.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Überwachung der Membran, d.h. des ersten Teils des elektro-akustischen Wandlers, um gegebenenfalls - d.h. bei einer Membranbewegung, die nicht durch das zu wandelnden Signal direkt verursacht worden ist - eine Korrektur beim zu wandelnden Signal vornehmen zu können. Mit dieser Erfindung ist es möglich, eines oder mehrere der vorgängig beschriebenen Merkmale eines Lautsprechers zu verbessern, respektive zu kompensieren. Die vorliegende Erfindung erlaubt somit die Bewegung der Membran zu überwachen und mit dem ursprünglich beaufschlagten Signal zu vergleichen, womit das durch das Eigengewicht und das Gewicht der mit der Membran verbundenen Komponenten bewirkte Trägheitsmoment kompensiert werden kann. Die Komponente, welche die Bewegung der Membran bewirkt, spielt bei den gängigen Wandlerkonstruktionen sehr oft eine entscheidende Rolle. Dies ist zum Beispiel dann der Fall, wenn der elektro-akustische Wandler auf einem elektromagnetischen Prinzip basiert und die Bewegung beispielsweise durch eine mit der Membran mechanisch verbundene Spule erzeugt wird.
Eine Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine auf dem ersten Teil angeordnete Markierung mit der Strahlungsquelle bestrahlt wird.
Eine weitere Ausführungsvariante besteht darin, dass die durch den ersten Teil hervorgerufen Veränderungen der von der Strahlungsquelle erzeugten Strahlen entweder durch eine Transmission durch den ersten Teil oder durch eine Reflexion am ersten Teil erfolgt.
Eine noch weitere Ausführungsvariante besteht darin, dass mit der Empfangseinheit eine Intensität der Strahlung gemessen wird.
Eine noch weitere Ausführungsvariante besteht darin, dass die von der Strahlungsquelle erzeugten Strahlen gebündelt werden.
Eine noch weitere Ausführungsvariante besteht darin, dass als Strahlungsquelle eine der folgenden Quellen verwendet wird: - elektro-magnetische Quelle mit einer Strahlung im Terahertz-Bereich;
- Laserquelle;
- Lichtquelle mit Licht im sichtbaren Bereich; - Lichtquelle im infraroten Bereich;
- Lichtquelle im ultravioletten Bereich.
Schliesslich besteht eine weitere Ausführungsvariante darin, dass die gemessene Position und/oder die gemessene Bewegung des ersten Teils mit dem zu wandelnden Signal zur Ermittlung eines Fehlersignals verglichen wird, dass aufgrund des Fehlersignals das dem elektroakustischen Wandler zugeführte Signal derart verändert wird, dass das Fehlersignal minimal wird.
Des Weiteren ist eine erfindungsgemässe Vorrichtung mit einem elektro-akustischer Wandler, der einen ersten Teil und einen zweiten Teil umfasst, angegeben. Der gegenüber dem zweiten Teil verschiebbare erste Teil ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahlen erzeugende
Strahlungsquelle und eine Empfangseinheit vorhanden sind, die starr mit dem zweiten Teil wirkverbunden sind, wobei die Strahlungsquelle derart in Bezug auf den ersten Teil angeordnet ist, dass zumindest ein Teil der Strahlen der Strahlungsquelle den ersten Teil erreicht und durch diesen verändert wird, und wobei die Empfangseinheit derart in Bezug auf den ersten Teil angeordnet ist, dass zumindest ein Teil der veränderten Strahlen von der Empfangseinheit empfangen wird.
Eine Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Markierung auf dem ersten Teil angeordnet ist, wobei zumindest ein Teil der Strahlen der Strahlungsquelle die Markierung erreichen.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung besteht darin, dass die Strahlungsquelle und die Empfangseinheit auf der in Bezug auf den ersten Teil gleichen Seite angeordnet sind.
Eine noch weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung besteht darin, dass die Strahlungsquelle und die Empfangseinheit auf der in Bezug auf den ersten Teil gegenüberliegenden Seite angeordnet sind.
Eine noch weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung besteht darin, dass eine
Strahlungsbündelungseinheit zwischen der Strahlungsquelle und dem ersten Teil angeordnet ist.
Eine noch weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung besteht darin, dass eine
Strahlungssammeleinheit zwischen dem ersten Teil und der Empfangseinheit angeordnet ist. Eine noch weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung besteht darin, dass die Strahlungsquelle eine der folgenden Quellen ist:
- elektro-magnetische Quelle mit einer Strahlung im Terahertz-Bereich;
- Laserquelle;
- Lichtquelle mit Licht im sichtbaren Bereich;
- Lichtquelle im infraroten Bereich; - Lichtquelle im ultravioletten Bereich.
Schliesslich besteht eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Vorrichtung darin, dass ein Verstärker und eine Additionseinheit vorgesehen sind, der ein zu wandelndes Signal einem ersten Eingang beaufschlagt ist, wobei die Additionseinheit über den Verstärker mit dem elektro-akustischen Wandler wirkverbunden ist und wobei ein Ausgang der Empfangseinheit mit einem zweiten Eingang der Additionseinheit wirkverbunden ist.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen weiter erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch einen bekannten Lautsprecher, Fig. 2 verschiedene Gestaltungsmöglichkeiten für eine Markierung auf einem erfindungsgemässen Lautsprecher,
Fig. 3 einen erfindungsgemässen Lautsprecher,
Fig. 4 einen Strahlungsverlauf bei einem erfindungsgemässen Lautsprecher,
Fig. 5 eine Detaildarstellung des Strahlenverlaufes gemäss Fig. 4,
Fig. β eine weitere Ausführungsform für einen erfindungsgemässen Lautsprecher,
Fig. 7 eine Kompensationsschaltung zur Kompensation von Ungenauigkeiten bei einem erfindungsgemässen Lautsprecher und
Fig. 8 eine weitere Ausführungsform für einen erfindungsgemässen Lautsprecher.
In Fig. 1 ist ein Schnitt durch einen an sich bekannten Lautsprecher dargestellt. Anhand dieses Schnittes soll die bei der Ansteuerung von Lautsprechern vorhandene
Grundproblematik noch einmal erläutert werden. In Fig. 1 sind nur diejenigen Teile des Lautsprechers dargestellt, die auch im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung zu erläutern sind. Mit 1 ist eine Membran bezeichnet, welche von einer Spule 5 angetrieben wird und von einer Sicke 2 sowie einer Zentrierung 3 geführt wird. Die Sicke 2 und die Zentrierung 3 definieren zugleich einen Ruhepunkt der Membran 1. Den Ruhepunkt nimmt die Membran 1 ein, wenn die Spule 5 stromlos ist, d.h. wenn dem Wandler kein Signal zugeführt wird. Die Sicke 2 und die Zentrierung 3 sind an einem Chassis 4 befestigt, welches mit einem Permanentmagnet β verbunden ist. Wird die Spule 5 nun von einem Strom durchflössen, wirkt ein durch den Strom erzeugtes
Magnetfeld eine Kraft auf die Membran 1 aus. Ändert sich nun die Stromrichtung in der Spule 5, ändert sich entsprechend auch die Bewegungsrichtung der Membran 1. Aufgrund der Trägheit der Membran 1 erfolgt die Bewegungsumkehr jedoch zeitlich verzögert, d.h. die
Bewegung der Membran 1 wird während einer kurzen Zeit nicht dem der Spule 5 beaufschlagten Signal entsprechen. Da die Spule 5 mechanisch mit der Membran 1 verbunden ist und demzufolge die zu bewegende Masse vergrössert, wird das Trägheitsmoment der ganzen Konstruktion zusätzlich verstärkt .
Die vorliegende Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Überwachung der Bewegung einer mechanischen Komponente, wie zum Beispiel einer Lautsprechermembran, sowie ein Verfahren zur Korrektur der Bewegung der mechanischen Komponente zwecks Optimierung der Reproduktion des der mechanischen Komponente beaufschlagten Signals anzugeben. Die mechanische Komponente kann als Teil eines elektroakustischen Wandlers verstanden werden, mit der Aufgabe, eine dem ursprünglich zugeführten Signal entsprechende Veränderung des Luftdrucks zu bewirken, wobei dieses Verfahren auch für andere Wandlersysteme angewandt werden kann, bei denen die mechanische Trägheit einer bewegten Komponente die Qualität der Wandlung beeinflusst.
Dabei wird die Bewegung der mechanischen Komponente berührungslos überwacht und mittels eines geeigneten Regelkreises das dem Wandler zugeführte Signal so verändert, dass die Bewegung der mechanischen Komponente dem ursprünglich dem Wandler zugeführten Signal entspricht.
Die Ermittlung der Beschleunigung einer bewegten Komponente, beziehungsweise der Veränderung der Beschleunigung einer bewegten Komponente, kann auch mittels wiederholter Ermittlung der Position und dem anschliessenden Vergleich der jeweils ermittelten Positionen der bewegten Komponente unter Berücksichtigung der zwischen der Ermittlung der jeweiligen Position verflossenen Zeit erhalten werden. Aus diesem Grund sind die Aussagen in Bezug auf die Ermittlung einer Position auch entsprechend anwendbar auf die Ermittlung der Beschleunigung bzw. der Geschwindigkeit.
Im Folgenden sollen einige Möglichkeiten zur Umsetzung der Erfindung beschrieben werden. Hierzu wird das Verfahren unter verschiedenen Aspekten betrachtet.
Einerseits muss die Position der mechanischen Komponente zuverlässig - ohne sie zu beeinflussen - bestimmt werden, andererseits muss die Differenz zum ursprünglich zugeführten Signal bestimmt und der ermittelte Fehler dem zugeführten Signal beaufschlagt werden, um die Position der mechanischen Komponente so zu korrigieren, dass die Position dem ursprünglich zugeführten Signal entspricht.
Im Folgenden werden zuerst Verfahren zur
Positionsbestimmung der mechanischen Komponente gemäss der hier vorgestellten Erfindung beschrieben, welche den anfangs beschriebenen Beeinträchtigungen nicht unterworfen sind.
Um die Bewegung der Membran zu überwachen, respektive deren Position zu bestimmen, kann mittels einer auf der Aussenseite der Membran 1 (Fig. 1) aufgebrachten und entsprechend gestalteten Markierung 7, 8, 9, 10, 36 und 37 (Fig. 2) die Bewegung mittels eines Auflichtverfahrens überwacht werden. Neben den in Fig. 2 dargestellten Markierung 7, 8, 9, 10, 36 und 37 sind beispielsweise auch Kegelschnitte verwendbar, wobei selbstverständlich eine Vielzahl von weiteren Gestaltungsmöglichkeiten für die Markierung 7, 8, 9, 10, 36, 37 oder der Kegelschnitte denkbar ist.
In Fig. 3 ist ein erfindungsgemässer Lautsprecher in einem Schnitt analog zu dem in Fig. 1 gezeigten bekannten Lautsprecher dargestellt. Eine oder mehrere der Markierungen 7, 8, 9, 10, 36 und 37, wie sie beispielsweise in Fig. 2 dargestellt sind, sind auf der Membran 1 angeordnet. Mit einer Lichtquelle 12 wird die Markierung 7, 8, 9, 10, 36 und 37 bestrahlt, worauf diese entsprechend ihrer Ausgestaltung das Licht in Abhängigkeit der Position der Membran 1 reflektiert. Das reflektierte Licht wird von einer lichtempfindlichen Empfangseinheit 16 in ein entsprechendes elektrisches Signal umgewandelt, das einer Weiterverarbeitungseinheit (nicht dargestellt) zugeführt wird. Bewegt sich die Membran 1 gemäss einer Richtungsangabe 11, verschiebt sich die Markierung 7, 8, 9, 10, 36, 37 zusammen mit der Membran 1. Dies bewirkt, dass das von der Lichtquelle 12 ausgestrahlten Licht unterschiedlich stark reflektiert wird und die lichtempfindliche Empfangseinheit 16 eine dementsprechend kleinere Helligkeit misst. Anhand der von der lichtempfindlichen Empfangseinheit 16 gemessenen Helligkeit lässt sich die Position der Membran 1 bestimmen.
Eine weitere Möglichkeit zur Positionsbestimmung der Membran 1 gemäss der hier vorgestellten Erfindung ist ebenfalls in Fig. 3 dargestellt. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass - obwohl in Fig. 3 bei demselben Lautsprecher gezeigt - die weitere Möglichkeit zur Positionsbestimmung von der bereits erläuterten Möglichkeit unabhängig ist. Dementsprechend kann die eine oder die andere Möglichkeit eingesetzt werden, wobei ein gleichzeitiger Einsatz beider Möglichkeiten nicht ausgeschlossen ist. Dies ist insbesondere dann denkbar, wenn die Funktionsweise oder die Genauigkeit der Position überwacht werden soll. Bei der im folgenden weiteren Möglichkeit zur Positionsbestimmung ist eine reflektierende, in Bewegungsrichtung 11 der Membran 1 glatte, reflektierende Fläche 15 vorgesehen, welche von einer weiteren Lichtquelle 13, die zum Beispiel eine Laserlichtquelle ist, bestrahlt wird, wobei anstelle von Laserlicht oder Normallicht im sichtbaren Bereich auch andere Strahlungen eingesetzt werden können, wie zum Beispiel Licht im Infrarotbereich, im Ultraviolett-Bereich oder im Terahertz-Bereich. Diese Strahlung wird von der Fläche 15 reflektiert. Bei einer Bewegung der Membran 1 gemäss den Richtungsangaben 11 bewegt sich der von der weiteren Lichtquelle 13 ausgesendete Strahl, nachdem er von der Fläche 15 reflektiert wurde, synchron mit der Membran 1. Diese Bewegung wird von einer weiteren Empfangseinheit 14 erfasst, die beispielsweise ein Fotowiderstand, eine Fotodiode, ein Fototransistor oder ein anderes geeignetes Mittel ist.
Eine weitere Möglichkeit, die Beschleunigung anhand reflektierter Strahlung zu ermitteln, soll ebenfalls anhand Fig. 3 und der weiteren Lichtquelle 13, der weiteren Empfangseinheit 14 und der Fläche 15 erläutert werden. Die Fläche 15 ist ebenfalls in Bewegungsrichtung 11 der Membran 1 glatt ausgebildet. Die Fläche 15 reflektiert die jeweils eingesetzte Strahlung, die von der weiteren Lichtquelle 13 ausgesendet wird. Voraussetzung ist hier ebenfalls, dass die Strahlung gebündelt ist. Der Durchmesser des Strahles entspricht im Optimalfall dem Durchmesser der weiteren Empfangseinheit 14, wobei diese Bedingung nicht zwingend erfüllt sein muss. Ausschlaggebend ist, dass der Strahl die weitere Empfangseinheit 14 derart erreicht, dass eine Bewegung der Membran 1 in der vorgegebenen Bewegungsrichtung 11 in der weiteren Empfangseinheit 14 detektiert werden kann, was über eine Veränderung der Intensität des auf die weitere Empfangseinheit 14 einfallenden Lichtes bzw. der einfallenden Strahlung erreicht wird. Dies ist in Fig. 4 und Fig. 5 verdeutlicht, wobei Fig. 5 eine Detaildarstellung des eingekreisten Bereichs in Fig. 4 ist. Ein Ausschnitt der Membran 1 ist in Fig. 4 dargestellt, der von einer Lichtquelle 13 mit einem Lichtstrahl 18 angestrahlt wird. Die Empfangseinheit 14 empfängt den von der Membran 1 reflektierte Strahl 38. Wenn sich die Membran 1 in Bewegungsrichtung 11 verschiebt, trifft der von der Lichtquelle 13 ausgesendeten Strahl 18 an einem anderen Ort auf der Membran 1 auf. Dies wird in Fig. 4 anhand einer strichlinierten zweiten Position 35 der Membran 1 verdeutlicht, die zu einem reflektierten Lichtstrahl 34 anstelle des reflektierten Lichtstrahles 38 führt. Als Folge einer Auslenkung der Membran 1 in Bewegungsrichtung 11 entsteht eine Veränderung der Helligkeit bei der Empfangseinheit 14, wie aus der Darstellung in Fig. 5 ersichtlich ist, wobei in Fig. 5 der Optimalfall dargestellt ist, indem der reflektierte Lichtstrahl 38 mittig auf eine Empfängerfläche 19 der Empfangseinheit 14 fällt.
In Fig. 5 wird gezeigt wie der reflektierte Strahl 38 bei der maximalen Auslenkung der Membran 1 in Bewegungsrichtung 11 auf der Empfängerfläche 19 eintrifft. In diesem Fall ist die relevante Empfängerfläche 19 vollständig vom Lichtstrahl 38 abgedeckt, was einer maximalen Intensität entspricht. Verändert die Membran 1 ihre Position, respektive ihre Beschleunigung - also wenn sie bewegt wird - ist die auf der Empfängerfläche 19 durch den reflektierten Strahl 34 resultierende Intensität kleiner. Damit kann die Bewegung bzw. die Position der Membran aus der gemessenen Intensität der reflektierten Strahlen 34, 38 abgeleitet, d.h. bestimmt, werden.
Die Ermittlung der Beschleunigung der Membran 1 ist prinzipiell auch mittels einer so genannten
Durchlichtmessung realisierbar, wobei dieses Verfahren eine bekannte Dicke der Membran 1 an der relevanten Stelle voraussetzt. Hierzu wird die Membran 1 von einer Seite mit einer elektromagnetischen Welle mit verhältnismässig langer Wellenlänge bestrahlt, wobei die zu bestrahlende Stelle der Membran 1 so gestaltet ist, dass die Durchlässigkeit der Membran 1 an der relevanten Stelle in der Bewegungsrichtung 11 der Membran 1 konstant zu- oder abnimmt. Auf der anderen Seite der Membran 1 kann mittels eines geeigneten Sensors die vorhandene Reststrahlung ermittelt werden. Für diese Art der Positionsbestimmung eignet sich zum Beispiel Strahlung im Terahertz-Bereich, wobei prinzipiell auch Röntgenstrahlung eingesetzt werden könnte. Diese Art der Positionsbestimmung würde auch mit Radiowellen funktionieren, wobei die Effizienz im Vergleich zu einer Strahlung im Terahertz-Bereich kleiner ist, da sich Radiowellen weniger gut bündeln lassen. Prinzipiell kann jede Art elektromagnetischer Strahlung für diese Art der Positionsbestimmung verwendet werden, so lange sie dazu fähig ist, die Membran 1 an der relevanten Stelle zu durchdringen, wobei zu erwähnen ist, dass die Effizienz der Messung vom Bündelungsgrad der eingesetzten Strahlung abhängig ist.
Unabhängig von der Art der Positionsbestimmung wird ausgehend vom Signal in der Empfangseinheit 14 mittels eines geeigneten Regelkreises das dem elektro-akustischen Wandler zuzuführende Signal derart korrigiert, dass die resultierende Bewegung der Membran 1 dem ursprünglich dem elektro-akustischen Wandler zugeführten Signal entspricht. Damit sind die durch die Membran selbst hervorgerufenen Ungenauigkeiten eliminiert.
In Fig. 6 ist dargestellt, wie die vorliegende Erfindung ebenfalls umgesetzt werden kann. Hierzu ist ein gleichmässig reflektierendes Element 20 auf einer Seite der Membran 1 appliziert. Dies kann zum Beispiel eine definierte Form mit einer bestimmten Farbe sein. Denkbar ist beispielsweise die Verwendung eines Aufklebers, eine aufgemalte oder gedruckte Form oder eine alternative Methode. Gemäss Fig. 2 zeigen 36 und 37 mögliche Ausführungen dieser reflektierenden Fläche, wobei durchaus auch andere Formen verwendbar sind. Die Form beeinflusst die Linearität der von der Empfangseinheit 14 gemessenen Veränderung der Intensität.
Reflektierend heisst in diesem Fall, dass das auf die Membran 1 aufgebrachte reflektierende Element 20 einen anderen Absorptionskoeffizienten hat als die restliche Oberfläche der Membran 1, wobei es vorteilhaft ist, wenn innerhalb des reflektierenden Elementes 20 der Absorptionskoeffizient gleichmässig ist. Mit 13 ist wiederum eine Strahlungsquelle, welche unter anderem das reflektierende Element 20 bestrahlt, und mit 14 ist wiederum eine Empfangseinheit bezeichnet, welche die von der Membran 1 reflektierte Strahlung empfängt. Bewegt sich die Membran 1 in Bewegungsrichtung 11, verändert sich der Abstand des reflektierenden Elementes 20 in Bezug auf die Empfangseinheit 14. Dies hat zur Folge, dass sich die von der Empfangseinheit 14 wahrgenommene Strahlungsintensität verändert, und zwar in direkter Abhängigkeit des Abstandes der Membran 1 zu der Empfangseinheit 14. Damit eine direkte Einstrahlung der Lichtquelle 13 auf die Empfangseinheit 14 verhindert werden kann, ist ein Trennelement 23 vorgesehen. Durch die Optimierung der Form des reflektierenden Elementes 20 kann die Veränderung der von der Empfangseinheit 14 wahrgenommenen Strahlungsintensität dergestalt beeinflusst werden, dass eine lineare Beziehung zwischen der Verschiebung und der gemessenen Strahlungsintensität entsteht. Der Einsatz eines Referenzempfängers zur Kompensation eventuell vorhandener Fremdstrahlungseinflüsse ist in einer weiteren Ausführungsform ebenfalls vorgesehen.
Eine auf einem alternativen Prinzip beruhende, weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung soll anhand der Darstellung in Fig. 8 gezeigt werden. Hier wird eine Kalotte 29 des Lautsprechers mit einem Strahl 33 von einer Quelle 30 beschossen. Der Strahl 33 zeichnet sich dadurch aus, dass er ein aufmoduliertes Signal enthält. Die Kalotte 29 eignet er sich am besten für die nachfolgend beschriebene erfindungsgemässe Anwendung dieses Verfahrens, da es sich bei der Kalotte 29 um denjenigen Teil handelt, der die grösste Steifigkeit von den Teilen aufweist, die bei einem elektro-akustischen Wandler eine Luftdruckschwankung bewirken soll. Dies ist jedoch nicht eine zwingende Voraussetzung bei der vorliegenden Ausführungsvariante. Das aufmodulierte Signal bewirkt, dass bei unterschiedlichem Abstand zwischen der Quelle 30 und der Kalotte 29, beziehungsweise zwischen der Kalotte 29 und der Empfangseinheit 32, der durch den sich verändernden Weg bewirkte Unterschied in der Laufzeit dazu benutzt werden kann, die Beschleunigung der Membran 1 zu ermitteln. Durch das dem Strahl 33 aufmodulierte Signal kann der Laufzeitunterschied präzise ermittelt werden, wobei dieses Verfahren verfeinert werden kann, indem das dem Strahl 33 aufmodulierte Signal keine regelmässige Charakteristik aufweist.
Eine weitere Ausführungsvariante dieses Verfahrens besteht darin, die aus der Bewegung der Membran 1 resultierende Veränderung der Frequenz des dem Strahl 33 aufmodulierten Signals zu ermitteln, woraus sich die Beschleunigung ableiten lässt.
Sofern der bei elektro-akustischen Wandlern üblicherweise verwendete Permanentmagnet 6 ein Loch in der Mitte hat, wie es oft wegen der besseren Kühlung vorhanden ist, kann dieses Verfahren auch auf der zwischen der Kalotte 29 und dem Permanentmagnet 6 befindlichen Seite der Kalotte 29 eingesetzt werden, entsprechend der mit gestrichelten Linien ausgeführten Darstellung.
Der Vorteil der vorgehend beschriebenen Methoden liegt darin, dass keine zusätzliche Verdrahtung auf oder zu bewegten Teilen nötig ist und die bewegte Masse praktisch nicht vergrössert wird. Das Gewicht der zu applizierenden Reflektoren bzw. Markierungen 7, 8, 9, 10, 36, 37 ist im
Vergleich zur Masse der Membran 1 klein genug, so dass die Bewegung der Membran 1 dadurch nicht beeinträchtigt wird.
Die hier vorgestellte Erfindung hat einen direkten Einfluss auf die Qualität des reproduzierten Signals. Da die
Membranbewegung in Richtungsangabe 11 derart korrigiert wird, dass sie dem ursprünglich dem Wandler zugeführten Signal entspricht, werden Verzerrungen minimiert. Zudem verringert sich die Latenzzeit. Eine Erweiterung des für den Wandler nutzbaren Frequenzbereiches ist ebenfalls möglich. Das für den vorgesehenen Zweck notwendige Volumen kann reduziert werden, da die Bewegung der Membran 1 bei tiefen Frequenzen direkt optimiert werden kann; der nutzbare Frequenzbereich kann sowohl nach oben wie auch nach unten korrigiert werden. Die Linearität der Phasenlage der Membran 1 in Bezug auf das ursprünglich dem Wandler zugeführte Signal kann mit der hier vorgestellten Erfindung verbessert werden. Eine weitere erfindungsgemässe Anwendung ist der Schutz des elektro-akustischen Wandlers vor Überlastung. Da mit den erfindungsgemässen Verfahren Position, Beschleunigung und Bewegung der beweglichen Komponente eines elektro- akustischen Wandlers ermittelt werden können, und die ermittelten Werte erfindungsgemäss mit dem dem Wandler zugeführten Signal oder mit einem Signal, das nach entsprechender Aufbereitung dem Wandler zugeführt werden soll, verglichen werden können, ist die Möglichkeit gegeben, exzessive Werte, welche zu einer Beschädigung oder Beeinträchtigung der beweglichen Komponenten führen können, zu vermeiden, indem das dem Wandler zuzuführende Signal entsprechend limitiert wird.
Anhand der Darstellung in Fig. 1 soll gezeigt werden, was mögliche Ursachen von Beeinträchtigungen oder Beschädigungen der beweglichen Komponente eines elektro- akustischen Wandlers sein können. Die Membran 1 wird von der Sicke 2 und der Zentriermembran 3 in Position gehalten. Diese Teile können zerstört werden, wenn die Auslenkung der Membran 1 ein gewisses Mass überschreitet, die Ursache für die vorstehend beschriebene Beeinträchtigung oder Beschädigung der Membran 1 ist also mechanisch. Bei zu grosser Auslenkung der Membran 1 kann auch die Spule 5 beschädigt werden, nämlich dann, wenn die Spule 5 mechanisch an einem anderen Teil des elektro-akustischen Wandlers ansteht. Je nach Konstruktion kann dies - muss aber nicht - der Permanentmagnet 6 oder das Chassis 4 sein. Sofern die Ungenauigkeiten eines elektro-akustischen Wandlers in Bezug auf das zu reproduzierende Signal bekannt sind, ist die Kompensation dieser Fehler zum Beispiel anhand der in Fig. 7 beschriebenen Schaltung möglich. Die Schaltung besteht aus einer Additionseinheit 24, einem
Verstärker 25, dem Lautsprecher 26 und dem Sensorelement 27 zur Messung der Membranposition bzw. der
Membranbeschleunigung. Ein zu reproduzierendes Signal wird über einen Anschluss 28 der Additionseinheit 24 beaufschlagt, deren Ausgangssignal über den Verstärker 25 mit dem elektro-akustischen Wandler 26 verbunden ist. Mit dem Sensorelement 27 wird die Membranbeschleunigung gemessen, deren elektrischer Wert einem weiteren Eingang der Additionseinheit 24 zugeführt wird, um das ursprünglich zu reproduzierende Signal 28 so zu korrigieren, dass die bei 27 gemessene Beschleunigung dem ursprünglich zugeführten Signal 28 entspricht.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung einer Position und/oder Bewegung eines ersten Teils (1) in Bezug auf einen zweiten Teil (4) eines elektro-akustischen Wandlers (26), dem ein zu wandelndes Signal (In) zugeführt wird, wobei das Verfahren darin besteht,
- dass der erste Teil (1) mit von einer Strahlungsquelle (12, 13) erzeugten Strahlen (18) bestrahlt wird, wobei die Strahlungsquelle (12, 13) mit dem zweiten Teil (4) starr verbunden ist,
- dass zumindest ein Teil der von der Strahlungsquelle (12, 13) erzeugten Strahlen (18) vom ersten Teil (1) verändert wird,
- dass zumindest ein Teil der durch den ersten Teil (1) veränderten Strahlen (18) mit Hilfe einer Empfangseinheit (14, 16) gemessen wird und
- dass aufgrund der in der Empfangseinheit (14, 16) gemessenen Strahlen (18) die Position und/oder die
Bewegung des ersten Teils (1) in Bezug auf den zweiten Teil (4) berechnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf dem ersten Teil (1) angeordnete Markierung (7, 8, 9, 10, 36, 37) mit der Strahlungsquelle (12, 13) bestrahlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den ersten Teil (1) hervorgerufen Veränderungen der von der Strahlungsquelle (12, 13) erzeugten Strahlen (18) entweder durch eine Transmission durch den ersten Teil (1) oder durch eine Reflexion am ersten Teil (1) erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Empfangseinheit (14, 16) eine Intensität der Strahlung gemessen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Strahlungsquelle (12, 13) erzeugten Strahlen (18) gebündelt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahlungsquelle (12, 13) eine der folgenden Quellen verwendet wird:
- elektro-magnetische Quelle mit einer Strahlung im Terahertz-Bereich;
- Laserquelle;
- Lichtquelle mit Licht im sichtbaren Bereich;
- Lichtquelle im infraroten Bereich;
- Lichtquelle im ultravioletten Bereich.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessene Position und/oder die gemessene Bewegung des ersten Teils (1) mit dem zu wandelnden Signal (In) zur Ermittlung eines Fehlersignals verglichen wird, dass aufgrund des Fehlersignals das dem elektroakustischen Wandler (26) zugeführte Signal derart verändert wird, dass das Fehlersignal minimal wird.
8. Vorrichtung mit einem elektro-akustischen Wandler (26), der einen ersten Teil (1) und einen zweiten Teil (4) umfasst, wobei der erste Teil (1) gegenüber dem zweiten Teil (4) verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahlen (1) erzeugende Strahlungsquelle (12, 13) und eine Empfangseinheit (14, 16) vorhanden sind, die starr mit dem zweiten Teil (4) wirkverbunden sind, wobei die Strahlungsquelle (12, 13) derart in Bezug auf den ersten Teil (1) angeordnet ist, dass zumindest ein Teil der
Strahlen (18) der Strahlungsquelle (12, 13) den ersten Teil (1) erreicht und durch diesen verändert werden, und wobei die Empfangseinheit (14, 16) derart in Bezug auf den ersten Teil (1) angeordnet ist, dass zumindest ein Teil der veränderten Strahlen (18) von der Empfangseinheit (14, 16) empfangen wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Markierung (7, 8, 9, 10, 36, 37) auf dem ersten Teil (1) angeordnet ist, wobei zumindest ein Teil der
Strahlen (18) der Strahlungsquelle (12, 13) die Markierung (7, 8, 9, 10, 36, 37) erreichen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (12, 13) und die Empfangseinheit (14, 16) auf in Bezug auf den ersten Teil (1) gleichen Seite angeordnet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (12, 13) und die Empfangseinheit (14, 16) auf in Bezug auf den ersten Teil (1) gegenüberliegenden Seite angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahlungsbündelungseinheit zwischen der Strahlungsquelle (12, 13) und dem ersten Teil (1) angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahlungssammeleinheit zwischen dem ersten Teil (1) und der Empfangseinheit (14, 16) angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (12, 13) eine der folgenden Quellen ist:
- elektro-magnetische Quelle mit einer Strahlung im Terahertz-Bereich;
- Laserquelle;
- Lichtquelle mit Licht im sichtbaren Bereich; - Lichtquelle im infraroten Bereich;
- Lichtquelle im ultravioletten Bereich.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verstärker (25) und eine Additionseinheit (24) vorgesehen sind, der ein zu wandelndes Signal (In) einem ersten Eingang beaufschlagt ist, wobei die Additionseinheit (24) über den Verstärker (25) mit dem elektro-akustischen Wandler (26) wirkverbunden ist und wobei ein Ausgang der Empfangseinheit (14, 16) mit einem zweiten Eingang der Additionseinheit (24) wirkverbunden ist.
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