Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung befaßt sich mit Anordnungen zur Abstrahlung von Schallwellen, insbesondere
mit der vereinfachten Ausbildung von Anordnungen, bei denen verschieden frequente
Signalanteile eines Tonsignals von verschiedenen Wandlern abgestrahlt werden.
Stand der Technik
[0002] Gemäß dem Stand der Technik ist es bekannt, verschieden frequente Signalanteile eines
Tonsignals mittels verschiedener und für den jeweiligen Signalanteil optimiert ausgelegter
elektroakustischer Wandler abzustrahlen. Eine in diesem Zusammenhang bekannte Aufteilung
ist beispielsweise die separate Wiedergabe von tieffrequenten, mittelfrequenten und
hochfrequenten Signalanteilen eines Tonsignals. Mit Rücksicht auf die bei der separaten
Wiedergabe von verschieden frequenten Signalanteilen notwendigen Anzahl elektroakustischer
Wandler sind derartige Anordnungen außerordentlich platzintensiv, so daß deswegen
derartigen Anordnungen viele Anwendungsfälle verschlossen sind. Deshalb wird, wenn
nur beengte Platzverhältnisse zur Verfügung stehen, häufig auf Breitbandlautsprecher
zurückgegriffen, welche aber in der Tonwiedergabequalität gegenüber den zuvor besprochenen
Anordnungen deutlich schlechter sind.
[0003] Eine Kompromißstellung nehmen die sogenannten Koaxiallaufsprechersysteme ein, welche
zum einen nur den Platzbedarf von Breitbandlautsprecher haben, es aber zum weiteren
erlauben, verschieden frequente Signalanteile eines Tonsignals von verschiedenen Wandlern
zu übertragen und damit - gegenüber Breitbandlautsprechern - eine deutlich bessere
Tonwiedergabequalität haben.
[0004] Derartige Koaxiallaufsprechersysteme zeichnen sich dadurch aus, daß sie einen auf
einen bestimmten Signalanteil (tieffrequent oder tiefmittelfrequent) optimiert ausgebildeten
Konuslautsprecher aufweisen. Im Raum, welcher im wesentlichen von der konischen Membran
des Konuslautsprechers ummantelt wird, ist ein weiterer und zumeist für die Hochtonwiedergabe
bestimmter Lautsprecher angeordnet. Eine solche Anordnung, welche auch den Ausgangspunkt
für die vorliegende Erfindung bildet, ist beispielsweise in DE-Gbm 9210493 näher beschrieben.
[0005] Als nachteilig wird bei den Koaxiallaufsprechersystemen aber angesehen, daß diese
Lautsprecher sehr aufwendig in der Fertigung sind. Dies vor allem deshalb, weil die
Mehrzahl der Konuslautsprecher von Koaxiallaufsprechersystemen gegenüber reinen Konuslautsprechern
modifizierte Magnetsysteme erfordern, um die Aufnahme eines im Membrankegel angeordneten
Hochtonlautsprechers zu ermöglichen. Außerdem ist der Materialeinsatz für den im Membrankegel
angeordneten Hochtonlautsprecher nicht unerheblich. Letzteres bezieht sich nicht nur
auf den Hochtonlautsprecher selbst, sondern schließt auch die Bauteile ein, welche
notwendig sind, um den Hochtonlautsprecher im Membrankegel des Konuslautsprechers
zu haltern.
[0006] Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Wiedergabe von
Schallwellen anzugeben, welche den Fertigungsaufwand von Koaxiallautsprechersystemen
deutlich reduziert.
Darstellung der Erfindung
[0007] Diese Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte
Aus- und Weiterbildungen der Erfindungen sind den Ansprüchen 2 - 6 entnehmbar.
[0008] Wesentlicher Gedanke der Erfindung ist es, die Oberfläche einer von der Schwingspule
angetriebenen Membran, mittels welcher die erzeugten Schallwellen in den Abhörraum
abgestrahlt werden, zumindest teilweise mit einer Schicht zu versehen oder die Membran
selbst (ganz oder teilweise) aus einem Material zu bilden, welches unter dem Einfluß
der elektrischen (Signal-) Spannung ihre Ausdehnung längs und/oder quer zur Schichtebene
verändert. Dieser Aufbau erlaubt es, beispielsweise tief- oder mitteltieffrequente
Signalanteile eines Tonsignals von der Membran abzustrahlen, während die Abstrahlung
der hochfrequenten Signalanteile mittels der mit der Tonsignalquelle elektrisch verbundenen
Schicht erfolgt, indem diese unter Wirkung des hochfrequenten Signalanteils eine Ausdehnungsänderung
vollführt.
[0009] Geeignete und dem Fachmann bekannte Werkstoffe zur Ausbildung der Schicht sind die
in Anspruch 2 angegebenen piezokeramischen Werkstoffe sowie die in Anspruch 3 angegebenen
und ebenfalls piezoelektrische Eigenschaften zeigenden Polyvinyliden - Fluorid - Folien
(PVDF).
[0010] Da insbesondere die PVD-Folien als Material für die Schicht unter Einfluß der von
den hochfrequenten Signalanteilen zur Verfügung gestellten Spannungen nur eine geringe
Dickenveränderung als Teil der Ausdehnungsänderung zeigen, kann ein ausreichender
Schallfluß nur erzeugt werden, wenn die größenmäßige Erstreckung der Schicht, d.h.
die Schichtfläche selbst groß und/oder die der Schicht zur Verfügung gestellte Signalspannung
hoch ist. Soll eine Transformation der der Schicht zur Verfügung gestellten Signalspannungen
ausgeschlossen werden, so bedeutet dies, daß ein Großteil der Oberfläche der die tieffrequenten
Signalanteile übertragenden Membran mit der Schicht beschichtet sein muß, wenn diese
abstandslos an der Membran anliegt. Wesentlich vorteilhafter ist es aber, durch die
in Anspruch 4 angegebene und vereinfacht als Faltung oder Prägung zu bezeichnende
Formgebung der Schicht deren Oberfläche bezogen auf die Oberfläche der Membran, welche
von der Sicht überdeckt wird, zu vergrößern. Da außerdem bei dieser Formgebung der
Schicht gemäß Anspruch 4 ein Großteil der Schichtfläche nicht unmittelbar an der jeweiligen
Trägerfläche (beispielsweise der Membran) anliegt, kann das aus der Längsdehnung resultierende
Biegeschwingverhalten der Schicht mit zur Erzeugung eines ausreichenden Schallflusses
genutzt werden. Dies erlaubt es, die Schicht auf einen Bereich zu beschränken, welcher
bei herkömmlichen und etwa in DE 4116819 gezeigten Konuslautsprechern von der sogenannten
und den Membrankonus gegenüber dem Schwingspulenträger verschließenden Staubschutzkalotte
gebildet wird.
[0011] Die Beschränkung der Schicht auf den Bereich der ursprünglich verwendeten Staubschutzkalotte
hat außerdem den Vorteil, daß durch eine entsprechende Krümmung der Schicht in diesem
Bereich sehr einfach eine kugelförmige Abstrahlcharakteristik für die Hochtonwiedergabe
erreicht werden kann.
Kurze Darstellung der Figuren
[0012] Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Lautsprecher im Schnitt;
- Fig. 2
- eine weitere Darstellung gemäß Figur 1; und
- Fig. 3
- einen Schnitt durch eine Schicht.
Wege zum Ausführen der Erfindung
[0013] Die Erfindung soll nun anhand der Figuren näher erläutert werden.
[0014] Figur 1 zeigt einen Konuslautsprecher 10 im Schnitt. Dieser Konuslautsprecher 10
wird im wesentlichen von einem Lautsprecherkorb 11, einem Magnetsystem 12 und einem
aus der Membran 13, dem Schwingspulenträger 14 und der Schwingspule 15 gebildeten
Schwingsystem 16 gebildet. Das Schwingsystem 16 ist in den Korb 11 eingesetzt, wobei
der obere Rand 17 der Membran 13 mittels einer umlaufenden Sicke 18 mit dem Korb 11
verbunden ist und wobei die mit dem Schwingspulenträger 14 verbundene Schwingspule
15 in einem im Magnetsystem 12 ausgebildeten Luftspalt 19 eintaucht.
Wird die Schwingspule 15 über entsprechende Zuleitungen mit der Signalspannung einer
Tonsignalquelle gespeist (alles in Figur 1 nicht dargestellt), vollführt die Membran
13 eine Hubbewegung entlang zur Mittellinie. Dies hat zur Folge, daß von der Oberfläche
20 der Membran 13 Schallwellen in Richtung des Abhörraums 21 abgestrahlt werden.
[0015] Deutlich ist der Darstellung gemäß Figur 1 entnehmbar, daß die dem Schwingspulenträger
14 nahen Bereiche 20 der Membran 13 an ihrer dem Abhörraum 21 zugewandten Oberfläche
20 mit einer Schicht 22 überzogen ist und diese Schicht 22 außerdem den Bereich freitragend
überspannt, wo der Schwingspulenträger 14 in den Öffnungsausschnitt 23 der Membran
13 eingesetzt und mit dieser verbunden ist. Mithin übernimmt die Schicht 22 im Bereich
oberhalb des Öffnungsausschnitts 23 die Funktion, welche bei herkömmlichen Konuslautsprechern
üblicherweise von der Staubschutzkalotte wahrgenommen wird. Nur der Vollständigkeit
sei darauf hingewiesen, daß aus Gründen der besseren Darstellbarkeit der Verhältnisse
in Figur 1 darauf verzichtet wurde, ein abstandsloses Aneinanderliegen des dem Schwingspulenträger
14 nahen Bereichs der Oberfläche 20 der Membran 13 und der Schicht 22 zu zeigen.
[0016] Die bisher erläuterte Grundform des Lautsprechers 10 kann in vielfältiger Weise abgewandelt
ausgebildet werden. So ist es beispielsweise denkbar, daß die Schicht 22 dadurch vergrößert
wird, daß diese bis oder nahezu bis zum oberen Rand 17 der Membran 13 ausgebildet
wird. Sofern es aus Gründen der Vergrößerung der Schicht 22 notwendig sein sollte,
kann die Schicht 22 auch über den oberen Rand 17 der Membran 13 hinaus verlängert
ausgebildet sein. Letzteres ist in Figur 1 (linke Seite) durch die Strichpunktierung
angedeutet. Auch kann der Bereich, welcher oberhalb des Öffnungsausschnitts 23 liegt,
von einer konventionellen Staubschutzkalotte verschlossen sein, so daß die Schicht
22 auch oder nur die Oberfläche dieser Staubschutzkalotte bedeckt. Bei Verwendung
einer konventionellen Staubschutzkalotte kann diese aber auch abstandlos mit der Schicht
22 beschichtet sein oder aber lediglich unbefestigt über die Kontur der konventionellen
Staubschutzkalotte gelegt und nur mit der Oberfläche 20 der Membran 13 abstandslos
verbunden sein.
[0017] Ferner wird darauf hingewiesen, daß auf eine zusätzliche Ausbildung der Schicht 22
dann verzichtet werden kann, wenn beispielsweise die Membran 13 selbst aus einem die
Schicht 22 bildenden Material hergestellt wird. Eine derart freitragende Ausbildung
der Schicht 22 ist in Figur 1 im Bereich oberhalb des Öffnungsausschnitts 23 gezeigt.
[0018] Als Material, aus welchem die Schicht 22 im mit Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
gebildet wurde, wird zum einen ein piezokeramischer Werkstoff und zum weiteren als
Alternative eine Polyvinyliden-Fluorid-Folie als piezoelektrischer Werkstoff verwendet.
[0019] Ist die Schicht 22 eine bimorphe Anordnung zweier gegensätzlich gepolter und mit
einander verklebter Längs- bzw. Radialschwinger-Platten und wird dieses Plattenpaar
in einer dem Fachmann bekannten Weise mit einer Tonsignalquelle verbunden (in Figur
1 nicht dargestellt), so wird unter dem Einfluß der Signalspannung in den beiden Platten
eine gegensätzliche Längs- bzw. Radialdehnung erzeugt. Diese gegensätzliche Längs-
bzw. Radialdehnung der beiden die Schicht 22 bildenden Platten bewirkt eine transversale
Ausdehnung des Plattenpaars, wenn das Plattenpaar lediglich an seinem Rand eingespannt
ist. Mit anderen Worten, eine solche Anordnung wirkt als Biegeschwinger und kann zur
Abstrahlung von Tonsignalen genutzt werden. Ist hingegen die Schicht 22 bzw. das Plattenpaar
nicht an seinem Rand eingespannt, sondern mit einer weiteren Schicht (in Figur 1 mit
der Oberfläche 20 der Membran 13) vollständig verbunden wird eine Längs- bzw. Radialdehnung
des Plattenpaares nahezu ausgeschlossen. Dies heißt aber nicht, daß eine solche Anordnung
zur Übertragung von Tonsignalen ungeeignet ist. Da unter dem Einfluß der Signalspannung
in dem Plattenpaar neben der Längs- bzw. Radialdehnung auch eine Dickenänderung auftritt,
wirkt eine mit einer weiteren Schicht verbundenen Schicht 22 nur noch als sogenannter
Dickenschwinger, womit eine solche Anordnung weitgehend auf die Übertragung von Tonsignalen
im Ultraschallbereich beschränkt ist.
[0020] Nur der Vollständigkeit sei darauf hingewiesen, daß somit die Längs- bzw. Radialausdehnung
sowie die Dickenänderung der Schicht 22 in Zusammenhang mit dieser Anmeldung zusammenfassend
als Ausdehnungsänderung bezeichnet wird.
[0021] Für die in Figur 1 gezeigte Anordnung bedeutet dies, daß die Bereiche der Schicht
22, welche abstandslos mit der Oberfläche 20 der Membran 13 verbunden sind, lediglich
durch ihre Dickenänderung zur Schallübertragung beitragen, während die Bereiche der
Schicht 22, welche den Öffnungsausschnitt 23 freitragend überspannen und somit weder
mit der Membran 13 noch mit einer konventionellen Staubschutzkalotte flächig verbunden
sind, sowohl über ihre Längs- bzw. Radialdehnung als auch über die Dickenänderung
zur Schallabstrahlung beitragen. Ist der Bereich der Schicht 22, welcher den Öffnungsausschnitt
23 freitragend überspannt, nicht flach sondern gewölbt ausgebildet (in Figur 1 durchgezogen
gezeigt), so lassen sich durch eine solche Formgebung die nachfolgenden Vorteile erzielen:
[0022] Zum einen wird im Vergleich zu einer flachen Ausbildung des Bereiches durch die gewölbte
Formgebung die Größe des Bereiches in bezug auf die Größe des überspannten Öffnungsausschnittes
23 vergrößert. Diese Flächenvergrößerung hat zur Folge, daß unter Einfluß der an die
Schicht 22 angelegten Signalspannung eine größere Längs- bzw. Radialdehung erzielbar
ist, welche ihrerseits durch die seitliche Einspannung des den Öffnungsausschnitt
23 überspannenden Bereiches eine stärkere transversale Ausdehnung der genannten Bereiche
bewirkt. Was unter einer transversalen Auslenkung des genannten Bereiches verstanden
wird, ist in Figur 1 gestrichelt dargestellt.
[0023] Zum zweiten wird im Gegensatz zu einem flachen Bereich bei einem gewölbt ausgebildeten
Bereich die in die Schicht 22 eingeleitete Signalspannung mit größerem Wirkungsgrad
in eine transversale Auslenkung umgesetzt. Schließlich verbessert die kalottenförmige
bzw. gewölbte Ausbildung des genannten Bereiches die kugelförmige Abstrahlcharakteristik
der Schicht 22, was insbesondere bei der Hochtonwiedergabe von Vorteil ist.
[0024] Soll die Größe des Schallflusses, d.h. das von der Schicht 22 pro Zeiteinheit bewegte
Luftvolumen vergrößert werden, so bietet sich dazu eine Erhöhung der der Schicht 22
zur Verfügung gestellten Signalspannung an. Eine solche Maßnahme ist aber nicht unkritisch
und erfordert außerdem zusätzlichen Aufwand für Bereitstellung entsprechender Spannungen.
Daher ist es wesentlich einfacher, einen ausreichenden Schallfluß über eine flächenmäßige
Vergrößerung der Schicht 22 zu bewirken. Bei der in Fig. 1 gezeigten Membran 13 kann
diese flächenmäßige Vergrößerung der Schicht 22 beispielsweise dadurch ausgeführt
werden, daß die Schicht 22 die Oberfläche 20 der Membran 13 nahezu vollständig, d.h.
bis zum oberen Rand 17 abstandlos bedeckt. Diese nahezu vollständige Beschichtung
der konischen Membran 13 kann aber mit Rücksicht auf die für die Hochtonwiedergabe
wünschenswerte kugelförmige Abstrahlcharakteristik nicht als ideal angesehen werden.
Soll dennoch die kugelförmige Abstrahlcharakteristik der Schicht 22 sichergestellt
werden, aber gleichzeitig ein guter, über eine Vergrößerung der Schichtfläche bewirkter
Schallfluß erzeugt werden, ist es notwendig die Schicht 22 geprägt auszubilden. Was
darunter verstanden wird, ist in Figur 3 näher gezeigt. In der linken Darstellung
von Fig. 3 ist eine geprägte Schicht 22 gezeigt, welche ein Prägemuster in der Form
von Kegelstümpfen 24 aufweist. Diese Schicht 22 ist im Fußbereich 24a der Kegelstümpfe
24 mit einer Trägerschicht (hier einer Membran 13) verbunden. Diese Formgebung der
Schicht 22 hat zur Folge, daß die Oberflächengröße dieser Schicht 22 größer ist als
die Oberflächengröße der Trägerschicht, welche von dieser Schicht 22 überdeckt bzw.
überspannt wird. Dieser und mit der Formung der Schicht 22 einhergehende Flächengewinn
bewirkt, daß unter Einfluß der Signalspannung auch eine große Längsdehnung der Schicht
22 hervorgerufen wird, welche ihrerseits durch die Wölbung der freitragend verlaufenden
Schichtbereiche (in Fig. 3 [linke Darstellung] sind dies die Mantelflächen der Kegelstümpfe
24) für einen guten Schallfluß sorgt. Da eine geprägte Ausbildung der Schicht 22 aus
Gründen eines ausreichenden Schallflusses nicht mehr notwendig große Oberflächenteile
oder gar die gesamte Oberfläche 20 der Membran 13 (Fig. 1) überdecken oder überspannen
muß, kann eine geprägt ausgebildete Schicht 22 auf einen Bereich beschränkt werden,
in welchem bei herkömmlich ausgebildeten Konuslautsprechern die Staubschutzkalotte
angeordnet ist. Diese Beschränkung der geprägten Schicht 22 auf den Bereich der herkömmlichen
Staubschutzkalotte hat zur Folge, daß dieser Bereich nicht nur geprägt, sondern auch
zusätzlich noch gewölbt ausgebildet werden kann (Fig. 3), wom it ein sehr gutes und
der Kugelform angenähertes Abstrahlverhalten erzielt wird. Welche Prägeform die Schicht
22 letztendlich hat, hängt von den Gegebenheiten des Einzelfalls ab. Nur beispielhaft
sei auf die rechts der Mittellinie in Fig. 3 gezeigte und bogenförmige Noppen 25 aufweisende
Prägekontur der Schicht 22 hingewiesen. Nur aus Gründen der Vollständigkeit sei darauf
hingewiesen, daß die in Fig. 3 gezeigte und auch als Trägerschicht bezeichnete Membran
13 in einem anderen - nicht dargestellten - Ausführungsbeispiel auch eine herkömmlich
bekannte Staubschutzkalotte sein kann.
[0025] Mit Figur 2 ist ein Lautsprecher 10 im Ausschnitt gezeigt, welcher sich gegenüber
der Darstellung gemäß Figur 1 durch eine etwas geänderte Formgebung der Membran 13
unterscheidet. Diese Membran 13 ist nicht konisch, sondern in Richtung zum Abhörraum
21 gewölbt ausgebildet. Die gewölbte und dem Abhörraum 21 zugewandte Oberfläche 20
der Membran 13 ist mit einer geprägten und in Figur 2 (linke Darstellung) gezeigten
Schicht 22 versehen. Diese Schicht 22 wurde durch Formprägung einer PVD-Folie hergestellt
und wurde mit der Membran 13 verklebt. Durch diese Formgebung der Membran 13 wird
einerseits eine sehr gute Tief bzw. Mitteltiefwiedergabe unter dem Einfluß des Antriebs
der Schwingspule 15 und zum weiteren eine kugelcharakteristische Abstrahlwirkung bei
der Hochtonwiedergabe durch die Schicht 22 erzielt.
1. Anordnung zur Abstrahlung von Schallwellen mit zumindest einer Membran (13), welche
jeweils von einer in einem Magnetsystem (12) angeordneten Schwingspule (15) angetrieben
wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Membran (13) zumindest teilweise aus einer Schicht (22) gebildet ist oder
die Oberfläche (20) der Membran (13), mittels welcher die für einen Abhörraum (21)
bestimmten Schallwellen abgestrahlt werden, mit einer Schicht (22) beschichtet ist,
wobei die Flächenausdehnung dieser Schicht (22) nicht notwendig der Flächenausdehnung
der Oberfläche (20) der Membran (13) entsprechen muß, und
daß die Schicht (22) unter Einfluß von elektrischer Spannung eine Ausdehungsänderung
erfährt.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schicht (22) eine piezokeramische Schicht ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schicht (22) eine Polyvinyliden - Fluorid - Folie (PVDF) ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Vergrößerung der Oberfläche der Schicht (22) gegenüber der Oberfläche (20)
der Membran (13) in dem Bereich, in welchem beide Oberflächen einander gegenüberliegen,
die Schicht (22) zumindest teilweise gegenüber der Oberfläche (20) der Membran (13)
einen bogenförmigen oder dreieckförmigen Verlauf hat.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Membran (13) mit einer Staubschutzkalotte versehen ist, wobei die Staubschutzkalotte
ausschließlich aus einem die Schicht (22) bildenden Material hergestellt ist.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die mit der Membran (13) verbundene Schwingspule (15) mit den Tonsignalanteilen
einer Tonsignalquelle beaufschlagt ist, die im tieffrequenten oder tiefmittelfrequenten
Bereich liegen, und
daß die Schicht (22) mit den hochfrequenten Signalanteilen der Tonsignalquelle beaufschlagt
ist.