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(11) | EP 0 022 937 B1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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Lautsprecher mit Mehrwegmembrane Loudspeaker with a multiple path diaphragm Haut-parleur comportant une membrane à voie multiple |
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| Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
Anwendungsgebiet
[0001] Die Erfindung betrifft einen Lautsprecher mit Mehrwegmembrane mit einer Mehrwegfederanordnung, die die Mehrwegmembrane in ihrer Schwingungsachse stabilisiert.
Zweck
[0002] Die Erfindung soll Trudel- und Taumelbewegungen der Mehrwegmembranelemente eines Lautsprechers verhindern, die zu Verzerrungen des akustischen Signals führen.
Stand der Technik
[0003] Wie bereits bekannt, ist die Schwingung einer Membrane entlang einer Achse dadurch zu stabilisieren, daß die Membrane in zwei Federebenen aufgehängt wird. Bei gewöhnlichen Einweglautsprechern sind diese beiden Federebenen eine Feder, die außen an der Membrane ansetzt und auch die Form einer Gummisicke haben kann, und eine Zentrierfeder, die am Übergang der Membrane zur Antriebsspule ansetzt. Bei den bekannten Ausführungen von Mehrwegmembranen setzt diese Zentrierfeder ebenfalls entweder am ersten oder zweiten Membranelement an. (Quellen : A. B. Cohen : « HiFi-Loudspeakers and Enclosures », Verlag : John F. Rider Publisher Inc. New York, 1956, S. 44 bis 47 ; A. B. Cohen : « Mechanical Crossover Characteristics in Dual Diaphragm Loudspeakers », Journal of the Audio Engineering Society, Volume 5, January 1957, Number 1 ; DE-A-27 51 700).
[0004] Aus der FR-A-2296985 ist ein optoelektronischer Istwertgeber bei einer Anordnung zur Regelung der Spulenauslenkung eines elektrodynamischen Lautsprechers bekannt.
[0005] Regelungsanordnungen für die elektronische Auslenkungskontrolle von Mehrwegmembrane sind bislang nicht bekannt.
Kritik am Stand der Technik
[0006] In den bekannten Konstruktionen einer Mehrwegmembrane befindet sich eine zweite Federebene nur in einigen Fällen als Zentrierfeder entweder am Spulenhals oder am äußersten Membranelement, während die übrigen Membranelemente nur in einer Federebene aufgehängt sind. Dies hat Trudel- und Taumelbewegungen der Membranelemente zur Folge, die sich als Verzerrungen des akustischen Signals äußern. Durch die mit den Koppelfedern konkurrierende Zentrierfeder am Spulenhals ergibt sich außerdem eine Amplitudenmodulation, weil sie lmpulsanteile aus dem mechanischen Impuls auf den Lautsprecherkorb auskoppelt, die der Abstrahlung verloren gehen. Das Problem der Dämpfung mechanischen Überschwingens der Membranelemente ist nur in einer Konstruktion berücksichtigt worden (vgl. die Fig. 8A und 8B im o. a. Artikel von A. B. Cohen). In diesem Fall nimmt das dämpfende Element jedoch direkt am Koppelvorgang teil. So wird die gesamte weiter zu koppelnde Energie zeitlich verzögert und im Resultat zur Phasenverzerrung.
[0007] Ein weiteres Problem beim mechanischen Koppeln über eine Feder ergibt sich durch die herkömmliche Form der Federn. Ihre gewöhnlich sägezahnförmige Querschnittsform ergibt unterschiedliche rücktreibende Kräfte in den beiden Bewegungsrichtungen der Membrane, weil jede Sägezahnflanke nur in der Richtung federt, in der sie gekrümmt wird, so daß der Teil der Feder, der in der einen Bewegungsrichtung wirkt, eine andere tangentiale Federbreite bzw. ein anderes Umfangsintegral hat als der andere.
[0008] Diese Kritik gilt sinngemäß für rechteckige oder trapezförmige Querschnitte. Nur bei gleichförmig gekrümmtem Querschnitt, wie er bisher nur bei Kalottenhochtönern verwendet wird, ergibt sich insofern eine Verbesserung, als in den federnden Zonen wenigstens auch eine Streckung möglich ist. Es ist jedoch zu bedenken, daß diese Federn ja in radialer Richtung Verbreiterung aufweisen. Somit ist eine Symmetrie, die im radialen Querschnitt noch gegeben ist, bei der üblichen Ringform nicht mehr vorhanden. Praktisch nimmt also die Federkonstante in radialer Richtung zum Mittelpunkt hin ab.
Aufgabe
[0009] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine dynamische Stabilisierung der Mehrwegmembrane eines Lautsprechers gegen Trudel- und Taumelbewegungen ohne Auskopplung von Impulsanteilen zu bewirken.
Lösung
[0010] Die Aufgabe wird bei einem Lautsprecher mit Mehrwegmembrane entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
[0011] Die Koppelfedern haben eine nach Abb. 3 gestaltete Querschnittsgeometrie. Die Änderung der Querschnittsdicke in radialer Richtung bewirkt eine Aufhebung der durch radiale Verbreiterung der Federn entstehenden radialen Änderung der Federkonstante.
[0012] Ein mechanisches Überschwingen wird durch Dämpfungselemente nach Abb. 4 verhindert. Diese Elemente liegen entweder an den Federn an oder befinden sich in geringem Abstand davon, sind jedoch immer nur mit den einzukoppelnden Stützen verbunden. Das Ziel der praktischen Ausführung muß sein, daß die Dämpfungselemente die Kopplung selbst möglichst wenig beeinflussen, jedoch die durch Überschwingen erzeugten hohen Frequenzanteile mechanisch auskoppeln und wegfiltern.
[0013] Eine elektronische Regelung der Mehrwegmembrane wird dadurch erreicht, daß an den Stützen Istwertgeber befestigt sind, deren Signalgrößen im gleichen Verhältnis zueinander stehen wie die Abstrahlflächen der zugehörigen Membranelemente. Voraussetzung für ein Funktioniren ist Interferenzfreiheit der Mehrwegmembrane. Durch Variation der Signalgrößenverhältnisse und -änderung läßt sich zudem eine beliebige Expansion, Kompression oder Amplitudenbegrenzung einstellen. Grundsätzlich eignen sich alle bekannten Istwertgeberkonstruktionen für die Regelung einer Mehrwegmembrane.
Ausführungsbeispiel, dargestellt mittels der Abbildungen 1 bis 5
[0014] Die Mehrwegfeder (von der Seite gesehen in Abb. 1) besteht aus den Stützen (1, 2, 3) und den Koppelfedern (10, 11, 12). Dabei ist das Mehrwegfederelement (1, 10) dem Hochtonmembranelement (4), das Mehrwegfederelement (2, 11) dem Mitteltonmembranelement (5) und das Mehrwegfederelement (3, 12) dem Baßmembranelement (6) zugeordnet. Abb. 2 zeigt die Mehrwegfeder in Auslenkungsrichtung gesehen. Jedes der zwei Mehrwegfederelemente (2, 11 und 3, 12) besteht aus drei Stützen und drei halbkreisförmigen Koppelfedern, das Mehrwegfederelement (1, 10) besteht aus einer Stütze und einer konzentrischen Koppelfeder. Die Mehrwegfederelemente enthalten feine, starre Verbindungen zwischen den zum jeweiligen Element gehörigen Stützen und Koppelfedern.
[0015] Die Mehrwegfeder unterscheidet sich von den bekannten Federaufhängungen für Membranen dadurch, daß jedes Membranelement in zwei zur Abstrahlrichtung senkrechten, zueinander parallelen Ebenen gefedert ist. Dabei ist die eine Ebene die Membranebene, die andere eine durch nach hinten führende Stützen definierte Ebene. Die Koppelfedern dürfen eine Bewegung der Stützen nur in Arbeitsrichtung erlauben. Dies kann durch die Ausbildung zu einer breiten Blattfeder bewirkt werden, besser aber einer Kreisfeder mit konzentrischer Faltung oder einem Kreissektor derselben. Die Koppelfedern sollen eine möglichst kleine Oberfläche haben, damit sie wenig Schall abstrahlen und sich der abgestrahlte Schall durch Interferenz von mit- und gegenphasigem Anteil um die Feder herum auslöscht. Insbesondere die Kopplungsfeder am Hochtonelement muß also sehr klein sein. Andererseits darf die radiale Federlänge nicht zu kurz sein, damit nicht Kompression eintritt.
[0016] Die radiale Federlänge der Koppelfedern innerhalb der Mehrwegfeder soll auf jeden Fall mindestens gleichlang und ihre Federkonstante höchstens gleichgroß sein wie der Koppelfedern innerhalb der Mehrwegmembrane, damit die verkoppelten Kräfte zum größeren Teil innerhalb der Mehrwegmembrane arbeiten und die Stützen und die Mehrwegfeder leicht ausgeführt werden können. So kann die für jeden Weg verfügbare Masse zur Versteifung der Membranelemente eingesetzt werden.
[0017] Die Koppelfedern haben eine Querschnittsform, wie in Abb. 3 für die Feder (11) dargestellt. Die in radialer Richtung gleichbleibende Federkonstante wird durch eine Manipulation der Querschnittsform erreicht. Wird das Federmaterial an einer bestimmten Stelle dicker gemacht, so wird dort die Federkonstante größer - ebenso, wenn die Krümmung bis zum Wendepunkt der Krümmungskurve einen kürzeren oder flacheren Bogen beschreibt. Eine Änderung der Federkonstante läßt sich also durch Geometrievariationen dieser Art erzielen.
[0018] Da die Federcharakteristik gemäß der Erfindung nur durch Manipulation der Querschnittsform erzielt wird, können durch die Wahl des Federmaterials alle Anforderungen an Elastizität bzw. Dämpfung der Feder erfüllt werden. Dadurch kann wiederum eine Verbesserung des Koppelverhaltens und somit Verminderung von Phasenverzerrungen und Überschwingen erreicht werden.
[0019] Abb.4 zeigt die Dämpfungselemente (17) im Schnitt, die an allen Koppelfedern angebracht sind und beispielsweise aus einer Mischung von Gummi und Asbestfasern bestehen. Die Dämpfungselemente sind jeweils mit dem äußeren Membranelement verbunden und koppeln deshalb auch die aufgenommene Energie in derselben Richtung wie die Koppelfedern weiter.
[0020] Abb. 5 zeigt einen Istwertgeber (15) für optoelektronische Istwertdarstellung. Er besteht aus einer Schablone mit dreieckigen Öffnungen, die in dem Feld (16) von Licht durchstrahlt werden, wenn sie in horizontaler Richtung ausgelenkt wird. Dabei ist die linke Öffnung der Modulator des Lichtsenders, wenn die Membrane in positiver Richtung ausgelenkt wird, und die rechte Öffnung der Modulator, wenn die Membrane in negativer Richtung aus der Nullage ausgelenkt wird. Gezeichnet ist die Nullage. Lichtsender und Lichtempfänger sind starr mit dem Lautsprecherkorb (13) verbunden.
[0021] Jedes der drei Mehrwegfederelemente enthält einen derartigen Istwertgeber. Die Anpassung an die Abstrahlfläche des zugehörigen Mehrwegmembranelementes geschieht durch Änderung der spitzen Öffnungswinkel der dreieckigen Öffnungen, kann aber auch durch Änderung der durch die Fläche (16) durchtretenden Lichtmenge oder der Lichtempfängerempfindlichkeit erreicht werden. Die Addition der Signalgrößen ergibt schließlich das maß für die elektronische Regelung.
Bezugszeichenliste zu den Abbildungen 1 bis 5
[0022] 1,2,3 Stützen zwischen Membranelementen und Mehrwegfeder
4. 1. Weg : Hochtonmembranelement
5. 2. Weg : Mitteltonmembranelement
6. 3. Weg : BaBmembranelement
7. 1. Weg : Hochtonfeder der Mehrwegmembrane
8. 2. Weg : Mitteltonfeder der Mehrwegmembrane
9. 3. Weg : Baßfeder der Mehrwegmembrane
10 1. Weg : Hochtonfeder der Mehrwegfeder
11 2. Weg : Mitteltonfeder der Mehrwegfeder
12 3. Weg : BaBfeder der Mehrwegfeder
13 Lautsprecherkorb, solidarisch mit dem Gehäuse
14 Antriebsspule
15 optoelektronische Istwertgeber
16 Lichtdurchtrittsöffnung der Schablone
17 Dämpfungselemente
- im vorderen Rand eines Lautsprecherkorbes (13) mit der Feder (9) aufgehängt ist,
- durch eine Tauchspule (14) angetrieben wird,
- aus konzentrischen Membranelementen (4, 5, 6) zusammengesetzt ist, welche untereinander durch die Koppelfedern (7, 8) verbunden sind,
- bei der die verschiedenen Feder-Masse-Elemente (4, 5, 6, 7, 8, 9) nach Art einer
mechanischen Frequenzweiche so gekoppelt sind, daß bei hohen Frequenzen das Hochtonmembranelement
(4) allein schwingt und bei tieferen Frequenzen die weiter außen liegenden Membranelemente
(5, 6) in die Schwingung eingekoppelt werden,
gekennzeichnet durch
- eine Mehrwegfederanordnung (1, 2, 3, 10, 11, 12), die
- an der Rückseite des Lautsprecherkorbes (13) aufgehängt ist,
- bei der Koppelfedern (10, 11, 12) in einer Ebene aufgespannt sind
- und bei der zwischen den Koppelfedern (10, 11, 12) Stützen (1, 2, 3) ansetzen, die mit den jeweils zugehörigen Membranelementen (4, 5, 6) starr verbunden sind (Abb. 1, 2).
- Dämpfungselemente (17), die jeweils vor und hinter den Koppelfedern (10, 11, 12) an den einzukoppelnden Stützen (2, 3) und dem Lautsprecherkorb (13) befestigt sind und entweder unmittelbar anliegend oder mit Zwischenraum zu den Koppelfedern (10, 11, 12) angeordnet sind (Abb. 4).
- optoelektronische Istwertgeber an jeweils einer Stütze (1 ; 2; 3) jedes Mehrwegfederelementes (1, 10; 2, 11 ; 3, 12), die
- aus einer lichtundurchlässigen Schablone (15) mit symmetrischen Lichtdurchtrittsöffnungen bestehen, die
- die Form von gleichschenkeligen Dreiecken haben, deren Schenkel gerade oder gekrümmt sind und die
- ein Flächenverhältnis zueinander haben wie die mit ihnen starr über die Stützen (1, 2, 3) verbundenen Membranelemente (4, 5, 6), deren Auslenkung optoelektronisch durch starr mit dem Lautsprecherkorb (13) verbundenen Lichtsendern und -empfängern auf den gegenüberliegenden Seiten der Schablonen im Feld (16) gemessen wird,
- wobei die Summe der empfangenen Lichtmengen das Maß für die elektronische Nachregelung der Membranauslenkung über die Tauchspule (14) ist (Abb, 5).
- is suspended from the front edge of a loudspeaker basket (chassis) (13) by means of the spring (9),
- is driven by a moving coil (14),
- is composed of concentric diaphragm elements (4, 5, 6) which are themselves connected to each other by means of the spring couplings (7, 8).
― in which the various spring-mass-elements (4, 5, 6, 7, 8, 9) are connected - similar to a mechanical loudspeaker-dividing network - in such a way that with high frequencies only the high-frequency diaphragm element (4) will oscillate, whereas with lower frequencies those diaphragm elements lying further on the outside (5, 6) will be coupled into the oscillation, characterized by
- an arrangement of multiway springs (1, 2, 3, 10, 11, 12)
- suspended from the back of the loudspeaker basket (13)
- its spring couplings (10, 11, 12) being mouted coplanar
- and between the spring couplings (10, 11, 12) of which supports (1, 2, 3) are fitted, which are rigidly connected to the corresponding diaphragm elements (4, 5, 6) (ill.1, 2).
- a geometrical cross section of the spring couplings (10, 11, 12), whose thickness Increases towards the centre of the concentric springs (ill. 3).
- attenuation elements (17) fixed respectively in front of and behind the spring couplings (10, 11, 12) to the supports to be coupled in (2, 3) and to the loudspeaker basket (13) and arranged either to fit closely or at a distance to the spring couplings (10, 11, 12) (ill. 4).
- optoelectronic actual value transmitters on one support (1, 2, 3) of each of the multiway spring elements (1, 10, 2, 11, 3, 12)
- consisting of a light-transmissive template (15) with symmetrical openings for the light transmission, which
- have the form of isosceles triangles, whose lateral sides are either straight or curved, and
- whose surfaces are in the same ratio to each other as the diaphragm elements (4, 5, 6) rigidly connected to them by means of supports (1, 2, 3), whose oscillation is measured optoelectronically by means of light transmitters and light receivers on the opposite sides of the templates in field (16), which are rigidly connected to the loudspeaker basket (13),
- the sum of the received quantities of light representing the measure for the electronic readjustment of the diaphragm oscillation via the moving coil (14) (ill. 5).