[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Lautsprecher nach dem Oberbegriff des Patenanspruchs
1.
[0002] Alle elektrodynamischen Lautsprecher sind mechanische Schwingsysteme, die durch Eigenwerte
wie Federkonstante, Masse und Dämpfung gekennzeichnet sind, und deren Membranen durch
den Strom eines Verstärkers z.B. mit Hilfe einer Schwingspule zu erzwungenen Schwingungen
angeregt werden.
[0003] Die sich aus diesem Konstruktionsprinzip des elektrodynamischen Wandlers ergebenden
prinzipiellen Fehler im Amplituden- und Phasenfrequenzgang können mit dem Verfahren
und der Schaltungsanordnung zur Entzerrung von elektrodynamischen, insbesondere
[0004] elektroakustischen Wandlern nach DE - PS 34 18 047 verhindert werden.
[0005] Während die Entzerrung bei Mehrwegelautsprechern im Tief-, Mittel- und Hochtonbereich
meßtechnisch und auch nach dem subjektiven Empfinden hervorragende Ergebnisse liefert,
treten bei Breitbandlautsprechern im Hochtonbereich wegen der für die Tiefton- oder
Baßabstrahlung benötigten Größe der Membranfläche unerwünschte Richtwirkungen in der
Schallabstrahlung ein, außerdem wird die Wiedergabequalität durch einen hohen Anteil
an Verzerrungen beeinträchtigt.
[0006] Besonders ungünstig für eine breitbandige Schallabstrahlung sind die ebenen, flachen
Membranscheiben, bei denen die Krafteinleitung senkrecht zur Membranfläche erfolgt
(Fig 1a). Hier werden neben den durch die Schwingspule eingeleiteten Grundschwingungen
durch die Art und Weise der Krafteinleitung gleichzeitig auch Biegeschwingungen erzeugt,
deren Energie sich weitgehend in der ganzen Membranfläche verteilt und neben der Grundschwingung
immer auch einen Teil Störschall zur Gesamtschallabstrahlung beifügt. Die Normalkraftbeanspruchung
ebener Membranen ist meistens sehr klein (Fig 1b, 1c).
[0007] Ist die ebene, flache Breitbandmembran leicht und steif z.B. als Waben- oder Schaumstoffscheibe
ausgebildet, erhält man die bereits erwähnte ausgeprägte Richtwirkung in den Höhen.
Außerdem entstehen höherfrequente Biegeschwingungen nicht nur bei höherfrequenter
Grundschwingung in der ganzen Membranflächex Sie entstehen auch bei niederfrequenter
Grundschwingung und verfälschen den Klang durch Interferenzen.
[0008] Aber auch wenn die ebene, flache Breitbandmembran "weich" (viskoelastisch) ausgebildet
ist, z.B. nach DE - PS 31 23 098, wandern bei tieffrequenter Anregung im Membranzentrum
höherfrequente Biegewellen bis zur Randeinspannung und teilweise von dort wieder zurück,
und sogar bei hochfrequenter Anregung im Zentrum lassen sich die Biegewellen nicht
allein auf das Zentrum begrenzen. Sie verteilen sich, vor allem bei höheren Pegeln
mit größeren Schwingspulenauslenkungen, auf eine größere Fläche in der weichen Membran,
so daß sich auch hier eine akustische Richtwirkung, die zudem noch pegelabhängig ist,
nicht ausschließen läßt. Bei sogenannten "weichen" Membranen ergibt sich für Breitbandübertragungssysteme
als zusätzlicher Nachteil, daß praktisch keine tiefen Baßtöne übertragen werden können.
Für einen wirksamen, tiefen Baß müßten sehr große Schwingspulenauslenkungen erfolgen,
die neben erhöhten mechanischen Verzerrungen auch wieder unkontrollierte Membranbiegeschwingungen
ergeben würden.
[0009] Bei den heute in der Praxis am weitesten verbreiteten Papier-oder Pappmembranen wird
durch die räumliche, konusförmige Schalenform bei dynamischer Schwingungsbelastung
die Biegemomentbeanspruchung geringer, dafür steigt die Normalkraftbeanspruchung an
(Fig 2a,b,c). Bei den ebenfalls bekannten räumlichen, gewölbt geformten sogenannten
NAWI Membranen (NAWI = nicht abwickelbar) verstärkt sich diese Tendenz nochmals, so
daß hier die Biegemomentbeanspruchung noch kleiner und die
Normalkraftbeanspruchung noch größer werden (Fig 3a,b,c).
[0010] Trotzdem gilt auch hier wie bei allen bekannten Breitbandlautsprechern, daß das gesamte
Membrangewicht mit dem großen Luftpolster davor der Membranbewegung als Massenträgheit
entgegensteht, weil bei allen Frequenzen die Gesamtmembranfläche zum Schwingen erregt
werden muß.
[0011] Wenn die Membrane leicht und steif genug ist, um die Baßwiedergabe ohne allzu große
Verformungen zu ermöglichen, führt dies bei den höheren Frequenzen immer dazu, daß
die Gesamtfläche im Vielfachen der anregenden Wellenlänge aufgeteilt schwingt. Bei
den Höhen entstehen dann auf der ganzen Membranfläche Partialschwingungen (Biegeschwingungen),
mit dem Nachteil von Interferenzen und der Richtwirkung. Die bekannten Breitbandlautsprecher
mit ebener Membranform (nach Fig 1a) und konusförmiger Membranform (nach Fig 2a) sind
hier noch schlechter als die mit NAWI Membranform nach Fig 3a. Für die genannten Membrantypen
ist die Schalldruckverteilung über die Membranoberfläche im Baß, in den Mitten und
in den Höhen sowie die Partialschwingungen in Fig 9 dargestellt sind.
[0012] Da bei den bekannten Breitbandlautsprechern nach Fig 2a und Fig 3a der Übergang von
der dünnen Membrane auf den ebenfalls dünnen Schwingspulenträger fest und starr ist,
werden hier bei dynamischer Beanspruchung immer auch Biegemomente (
:Partia
lsch4vinqunnen) auf den Schwingspulenträger und die über der Schwingspule sitzende
Kalotte geleitet. Die auf den Schwingspulenträger geleiteten Biegeschwingungen verzerren
bereits die entstehende mechanische Membrangrundschwingung, die ihrerseits dann nochmals
von in der Membranfläche zusätzlich entstehenden Partialschwingungen überlagert wird.
Insgesamt entsteht ein hoher Anteil an technischen Verzerrungen im Übertragungssignal.
[0013] Bekannter Stand der Technik ist es, die Schallabstrahlung der verschiedenen Frequenzbereiche
mit Hilfe von Frequenzweichen auf unterschiedlich große Membranflächen zu verteilen,
um die Richtwirkung im jeweiligen Frequenzbereich zu vermeiden. Die Einzelsysteme
für spezielle Frequenzbereiche werden außerdem vom Gewicht und der Steifigkeit her
so optimiert, daß auch die Partialschwingungen klein bleiben im Verhältnis zur Anregungsfrequenz.
Solche Einzelsysteme für den Baß-, Mittel- und Hochtonbereich haben durch die Randeinspannung
immer eine gewisse freie Verschiebbarkeit mit einer zugehörigen Wegbegrenzung, die
im Hochtonbereich kleine, im Mitteltonbereich größere und für den Baßbereich noch
größere Membranauslenkungen zuläßt.
[0014] Durch die DE-OS 27 51 700 oder DE-PS 29 27 848 ist es außerdem bekannt, eine ebene
oder leicht gewölbte Flächenmembran mit nur einem Schwingspulenantrieb in mehrere
konzentrische Membranteilflächen für die verschiedenen Frequenzbereiche aufzuteilen.
Es ist jedoch nicht möglich, damit die vorstehend beschriebenen akustischen sowie
technischen Nachteile zu umgehen.
[0015] Werden Frequenzgemische übertragen, überlagern sich die hochfrequenten Biegeschwingungen
der großflächigen Randzone mit den hochfrequenten Grundschwingungen des kleinen Zentrums
und ergeben Interferenzen. Auch wenn die Biegemomente in der äußeren Randzone durch
konstruktive Maßnahmen klein gehalten werden, in ebenen, flachen Membranen können
sie nicht verhindert werden. Durch die große Abstrahlfläche wird ein erheblicher Schallpegel
erreicht, und es entsteht doch wieder die akustische Richtwirkung in der Höhenabstrahlung
sowie ein hoher Anteil an technischen Verzerrungen im übertragenen Signal.
[0016] Je flacher eine Membrane ausgeführt wird, umso biegesteifer muß sie sein. Wenn sie
flach ausgeführt wird mit Gelenken, wird sie instabil. Im äußeren Randteil der innen
und außen auf Federn gelagerten steifen Scheibe treten deshalb bei dynamischer Beanspruchung
zudem noch Kippschwingungen auf, die zusätzliche unkontrollierbare Klangverfälschungen
und Verzerrungen erzeugen (Fig 4a,b).
[0017] Werden Dämpfungsglieder mittig an den einzelnen Scheiben in der Weise angeordnet,
wie in der DE-PS 29 27 848 vorgeschlagen wird, so steigt durch die Krafteinleitung
am Rand der Scheibe die Kippneigung noch an (Fig 5a,b).
[0018] Wird, wie in der gleichen Anmeldung vorgeschlagen, für kleine Auslenkungen z.B. im
Hochtonbereich eine freie Beweglichkeit zugelassen, die nach einer gewissen Wegstrecke
endet, ergeben sich bei größeren Auslenkungen innerhalb der Bewegung Stoßbelastungen
(vergl. Abb. 4 der DE-PS 29 27 848).
[0019] Auch ein Lautsprechersystem, bei dem wie bei der Europäischer Anmeldung 0 039 740
der Pappkonus auch für tiefe Frequenzer beweglich mit der Schwingspule verbunden wird
und der Antrieb der Membrane im Wesentlichen über ein Luftpolster erfolgt, das über
der Schwingspulenabdeckung angeordnet ist, kann nicht die gewünschte Wirkung erzielen.
Es ist nur geeignet, die Hochtonabstrahlung z.B. bei einem Baßlautsprecher zu verhindern,
ist prinzipiell aber kein Breitbandübertragungssystem.
[0020] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Breitbandübertragungssystem zu schaffen,
das im Tieftonbereich weitgehend ohne Biegeschwingungen kolbenförmig als Ganzes und
im Hochtonbereich weitgehend nur über dem Zentrum der kalottenförmigen Schwingspulenabdeckung
schwingt bei gleichzeitiger Reduzierung der Partialschwingungen im äußeren Membranteil,
in der Kalotte und in dem Schwingspulenträger.
[0021] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs
gelöst.
[0022] Für solch ein Lautsprechersystem wird keine Frequenzweiche mehr benötigt, die selbst
oft schon Verfälschungen des elektrischen Signals erzeugt.
[0023] Während sich bei Mehrwegsystemen in Mehrwegelautsprecherboxen Klangverfärbungen ergeben,
da sich wegen der räumlichen Trennung der Einzellautsprecher bei einer Veränderung
der Hörerposition vor allem in vertikaler Richtung andere Winkel für die Überlagerung
der hohen Töne mit den Bässen ergeben, entsteht mit dem erfindungsgemäßen Breitbandlautsprecher
ein von der Position des Hörers zum Lautsprecher unabhängiges Klangbild.
[0024] Die erfindungsgemäße Verbindung des mit einer kalottenförmigen Abdeckung versehenen
Schwingspulenträgers mit dem äußeren Membranteil wirkt wie ein Gelenk, das bei hohen
Frequenzen kleine gegenseitige Verschiebungen zuläßt (Fig 8a), aber bei tiefen Frequenzen
praktisch starr ist (Fig 8c). Bei mittleren Frequenzen ergibt sich ein frequenzabhängiger
fließender Übergang zwischen den beiden Extremwerten.
[0025] Dadurch wird erreicht, daß bei hohen Frequenzen nur das kleine Zentrum der Gesamtmembranfläche,
die Kalotte, ohne den Nachteil der akustischen Richtwirkung Schall abstrahlt, der
äußere Membranteil schwingt nicht mit. Bei tiefen Frequenzen schwingt die Gesamtmembran
aus innerem und äußerem Teil gleichartig und kolbenförmig.
[0026] Mit Hilfe der vorgeschlagenen Verbindung zwischen dem Schwingspulenträger und dem
äußeren als Konus- oder NAWI-Membran ausgebildeten Membranteil wird im ganzen zu übertragenden
Frequenzbereich nicht nur die Übertragung von Partialschwingungen erzeugenden Biegemomenten
aus dem äußeren Membranbereich in den Schwingungsspulenträger und in die Kalotte,
sondern schon ihre Entstehung verhindert. Daraus ergibt sich eine ganz erhebliche
Reduzierung von Verzerrungen der Wiedergabe bei elektrodynamischen Breitbandlautsprechern.
[0027] Es ist noch zu erwähnen, daß der erfindungsgemäße Breitbandlautsprecher mit Hilfe
aller gängigen Fertigungseinrichtungen leicht herstellbar ist.
[0028] Auch die Vorteile der Lautsprecherentzerrung nach DE-PS 34 18 047 werden in Verbindung
mit dem von der Frequenz abhängenden wirksamen Massesystem des erfindungsgemäßen Breitbandlautsprechers
deutlich.
[0029] Im folgenden wird die Erfindung anhand schematischer Zeichnungen und eines konkreten
Ausführungsbeispiels für einen Breitbandlautsprecher näher beschrieben.
Fig 1a zeigt den schematischen Aufbau eines bekannten Flachmembranwandlers,
Fig 1b das statische System und die Belastung,
Fig 1c die Beanspruchungsart.
Fig 2a zeigt den schematischen Aufbau eines bekannten Wandlers mit konusförmiger Membran,
Fig 2b das statische System und die Belastung,
Fig 2c die Beanspruchungsart.
Fig 3a zeigt den schematischen Aufbau eines bekannten Wandlers mit NAWI Membran,
Fig 3b das statische System und die Belastung,
Fig 3c die Beanspruchungsart.
Fig 4a zeigt einen Breitbandlautsprecher nach DE-OS 27 51 700,
Fig 4b das statische System, die Belastung, die Verformung und die Beanspruchungsart.
Fig 5a zeigt einen Breitbandlautsprecher nach DE-PS 29 27 848,
Fig 5b das statische System, die Belastung, die Verformung und die Beanspruchungsart.
Fig 7a zeigt den schematischen Aufbau des erfindungsgemäßen Breitbandlautsprechers
mit Konusmembrane,
Fig 7b zeigt den schematischen Aufbau des erfindungsgemäßen Breitbandlautsprechers
mit NAWI Membrane,
Fig 7c zeigt den schematischen Aufbau des erfindungsgemäßen Breitbandlautsprechers
mit konusförmigem Formteil,
Fig 7d zeigt den schematischen Aufbau des erfindungsgemäßen Breitbandlautsprechers
mit räumlich gewölbtem Formteil.
Fig 8a zeigt das statische System des erfindungsgemäßen Breitbandlautsprechers in
der Ausführung mit NAWI Membran bei Hochtonbelastung,
Fig 8b die Beanspruchungsart bei Hochtonbelastung,
Fig 8c zeigt das statische System des erfindungsgemäßen Breitbandlautsprechers in
der Ausführung mit NAWI Membran bei Tieftonbelastung,
Fig 8d die Beanspruchungsart bei Tieftonbelastung.
Fig 9 zeigt schematisch die Schalldruckverteilung an der Membranoberfläche über den
Querschnitt des Membrandurchmessers bei einem bekannten Wandler nach Fig 3a bei tiefen,
mittleren und hohen Frequenzen. In dieser Kurve sind die Größe und die Verteilung
der Grundschwingung als ausgezogene Linie dargestellt, die Maxima und Minima der Partialschwingungen
als gestrichelte Linie.
Fig 10 zeigt schematisch die Schalldruckverteilung an der Membranoberfläche über den
Querschnitt des Membrandurchmessers bei dem erfindungsgemäßen Wandler nach Fig 7b
bei tiefen, mittleren und hohen Frequenzen. In dieser Kurve sind die Größe und die
Verteilung der Grundschwingung als ausgezogene Linie dargestellt, die Maxima und Minima
der Partialschwingungen als gestrichelte Linie.
Fig 11 zeigt den mittig und 30 Grad außermittig gemessenen Frequenzgang an einem bekannten
Breitbandlautsprecher nach Fig 3a.
Fig 12 zeigt den mittig und 30 Grad außermittig gemessenen Frequenzgang eines erfindungsgemäßen
Breitbandlautsprechers, der im übrigen wie der dem Kurvenverlauf nach Fig 11 zugrundeliegende
Lautsprecher aufgebaut ist.
Fig 13 zeigt schematisch den mittig und 30 Grad außermittig gemessenen Frequenzgang
eines erfindungsgemäßen Wandlers nach Fig 7b in Verbindung mit der elektronischen
Entzerrung nach DE-PS 34 18 047.8.
Fig 14 zeigt schematisch die mittig gemessenen Frequenzgänge an zwei erfindungsgemäßen
Wandlern nach Fig 7b mit gleichen Außendurchmessern, aber einmal mit Schwingspulendurchmesser
19 mm und einmal mit Schwingspulendurchmesser 25 mm und der entsprechenden Abdeckkalotte.
Fig 15 zeigt, wie sich im Hochtonbereich die erfindungsgemäße Verbindung zwischen
äußerem Membranteil und Schwingspulenträger verformt.
Fig 16 zeigt verschiedene Ausführungen a bis k der erfindungsgemäßen Verbindung zwischen
dem äußeren Membranteil und dem Schwingspulenträger.
[0030] In den Figuren sind gleiche bzw. einander entsprechende, an sich bekannte Elemente
oder Größen mit gleichen Bezugszeichen versehen. Diese Bezeichnungen bedeuten:
1 Schwingspulenträger, 2 Abdeckung des Schwingspulentägers vorzugsweise in Kalottenform,
3 NAWI Membranform, 4 Konusmembranform, 5 Randsicke, 7 elektrische Zuleitung zur Schwingspule,
8 Polplatte, 9 Schwingspule, 10 Magnet, 11 Lautsprecherkorb, 12 Zentrierspinne, 13
räumlich gewölbtes Formteil, 14 räumlich konusförmiges Formteil, P durch die Schwingspule
und den Erregerstrom erzeugte Kraft auf den Schwingspulenträger, p der Bewegung entgegengerichtete
Massenträgheit, F federnde Einspannung, N Normalkraft in Querschnittsrichtung, Q Querkraft
senkrecht zur Querschnittsrichtung, M Biegemoment senkrecht zur Querschnittsrichtung,
SD Schwingungsdämpfungselement, V Verschieblichkeit über Verformung, D äußerer Membrandurchmesser, H räumliche Bauhöhe des äußeren Membranteils.
[0031] In den Figuren 7a und 7b sind zwei Hälften von Lautsprechern jeweils im Schnitt durch
die Symmetrieachse schematisch dargestellt, welche die erfindungsgemäße Verbindung
6 zwischen dem Schwingspulenträger 1 und dem äußeren Membranteil 3 bzw. 4 aufweisen.
Dabei besteht der äußere Membranteil 4 nach Fig 7a aus einer Konusmembrane und der
äußere Membranteil 3 nach Fig 7b aus einer NAWI-Membrane. Das Magnetsystem, der Schwingspulenträger
mit Schwingspule, Kalotte und Zentrierspinne sowie der Lautsprecherkorb sind in konventioneller
Weise ausgebildet und bedürfen keiner weiteren Erwähnung.
[0032] Das Verbindungs- oder Koppelelement 6 zwischen dem durch die Kalotte 2 abgedeckten
Schwingspulenträger 1 und dem äußeren Membranteil 3 bzw. 4 besteht aus einem elastischen
Material mit hoher innerer Reibung. Spezielle Ausführungsbeispiele werden noch anhand
der Figuren 16 vorgestellt. Hohe Tonfrequenzen, die nur über die Kalotte abgestrahlt
werden, werden praktisch überhaupt nicht auf den äußeren Membranteil übertragen und
können dort folglich auch keine Partialschwingungen auslösen. Sollten jedoch bei extremer
dynamischer Belastung trotzdem Partialschwingungen angeregt werden, dann wirkt die
innere Reibung des Verbindungselements 6 als Dämpfung für diese Schwingungen. Das.Verbindungselement
6 wirkt aber auch als Dämpfung für Biegeschwingungen im Schwingspulenträger 1 und
in der Kalotte 2.
[0033] Bei tiefen Frequenzen im Baßbereich verhält sich das Verbindungselement 6 wie eine
starre Verbindung zwischen dem Schwingspulenträger 1 und dem äußeren Membranteil 3'
bzw. 4. Die niederfrequenten Schwingungen werden daher voll vom Schwingspulenträger
1 auf den äußeren Membranteil 3 bzw. 4 übertragen, ohne Biegemomente zu erzeugen.
[0034] Die erfindungsgemäße Verbindung des Schwingspulenträgers mit dem äußeren Membranteil
wirkt wie ein Gelenk, das bei hohen Frequenzen kleine Verschiebungen zuläßt (Fig 8a),
aber bei tiefen Frequenzen unverschieblich ist (Fig 8c).. Bei mittleren Frequenzen
ergibt sich ein frequenzabhängiger, fließender Übergang zwischen beiden Extremzuständen.
[0035] Analog zu den Darstellungen in den Figuren 7a und 7b zeigen die Figuren 7c und 7d
als weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung zwei Hälften von Breitbandlautsprechern
im Schnitt. Die Ausführungsformen nach Fig 7c und Fig 7d weisen einen vergleichsweise
langen Schwingspulenträger 1 auf, dessen Übergang in die abschließende Kalotte 2 schon
beinahe die durch die Randsicke 5 aufgespannte Ebene erreicht. Entsprechend verlängert
ist auch das Verbindungselement 6. Der durch den äußeren Umfang des Verbindungselements,
die Membran und die genannte Ebene begrenzte Raum ist durch einen Formkörper 13 bzw.
14 ausgefüllt, der aus einem leichten, aber möglichst steifen Material wie beispielsweise
aufgeschäumtem Polystyrol oder einer Wabenkonstruktion besteht.
[0036] Wenn man mit einem kleinen Ohrsonden Elektret Mikrofon an der Oberfläche der schwingenden
Membrane entlangfährt, kann man sehr schnell und genau das Schwingungsverhalten der
Gesamtmembran sowie innerhalb der schwingenden Membran die Verteilung der Maxima und
Minima der Partialschwingungen darstellen.
[0037] Dies ist in Fig 9 für einen bekannten Wandler nach Fig 3a dargestellt, und man kann
sehen, daß sich nicht nur bei den tiefen, sondern auch bei den mittleren und hohen
Frequenzen die Schallabstrahlung über die ganze Fläche verteilt und die Partialschwingungen
(durch Biegemomente) außerdem einen hohen Anteil an der Schallabstrahlung haben.
[0038] In Fig 10 ist diese Schalldruckverteilung für einen erfindungsgemäßen Wandler mit
NAWI Membrane dargestellt, und es ergibt sich nicht nur bei den tiefen, mittleren
und hohen Frequenzen die richtige, der Frequenz entsprechende Abstrahlfläche, die
die unerwünschten akustischen Richtwirkungen vermeidet, auch die Partialschwingungen
sind über die gesamte Membranfläche stark reduziert. Sinngemäß gilt das auch für die
anderen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Breitbandlautsprechers nach Fig 7a,c,d.
[0039] Durch die erfindungsgemäße Verbindung zwischen Schwingspulenträger und dem äußeren
Membranteil werden ausschließlich Normalkräfte in den äußeren Membranteil eingeleitet.
Das Membranmaterial selbst kann durch den Elastizitätsmodul sowie durch die innere
Dämpfung Normalkräfte gut verarbeiten.
[0040] Außerdem sind frequenzabhängige Normalkraftbelastungen innerhalb des Membranmaterials
bedeutungslos, während Biegeschwingungen in der Membran beträchtlich zur akustischen
Schallabstrahlung beitragen und das Signal verfälschen.
[0041] Im Gegensatz zu ebenen, flachen Breitbandmembranen, die von Anfang an auf Biegung
beansprucht werden und, durch den Elastizitätsmodul des Materials und das Trägheitsmoment
des Querschnitts bedingt, immer Biegeschwingungen zulassen müssen, werden bei der
erfindungsgemäßen Verbindung nur Normalkräfte in den Querschnitt des äußeren Membranteils
eingeleitet, die zudem nur bis zu dem Punkt wirksam werden, wo die eingeleitete Energie
durch Wärme vernichtet ist.
[0042] Durch die trichterförmige Ausbildung des äußeren Membranteils (dargestellt in Fig
8a und Fig 8c) als Konus- oder NAWI-Membran mit der Bauhöhe H vom unteren Übergang
in den Schwingspulenträger und den oberen Übergang über die Sicke in den Lautsprecherkorb
wird ein auf Kippen unempfindliches räumliches Schalen- oder Formtragwerk erhalten,
im Gegensatz zur ebenen, flachen Breitbandmembran nach Fig 4a,b und Fig 5a,b mit geringer
Bauhöhe und großer Kippneigung der Membranteile.
[0043] Auch bei den üblichen Frequenzgangmessungen 1 m vor dem Lautsprecher in Achse und
30 Grad außermittig lassen sich die Verbesserungen durch die erfindungsgemäße Verbindung
der Membranteile aufzeigen.
[0044] Während sich bei einem konventionellen Lautsprecher nach Fig 3a der Schalldruck mittig
und außermittig deutlich in den Höhen unterscheidet (Fig 11), verschwindet dieser
Unterschied bei einem Lautsprecher, der bei sonst gleicher Ausführung die ertindungsgemäße
Verbindung zwischen dem Schwingspulenträger und dem äußeren Membr
dnteil aufweist (Fig 12).
[0045] Zwar wird der Schalldruck in den Höhen durch diese Maßnahme in der Achse geringer,
was man bei oberflächlicher Betrachtung als einen geringeren Wirkungsgrad bezeichnen
könnte, doch bei genauerer Untersuchung kann nachgewiesen werden , daß damit nur die
Partialschwingungen im äußeren Membranteil keinen Anteil mehr zur Schallabstrahlung
beitragen können, wodurch die technische Übertragungsqualität zunimmt und durch die
begrenzte Flächenabstrahlung im Hochtonbereich die Richtwirkung verschwindet. Wenn
der partialschwingungsfreie, verminderte Pegel in Höhen durch vermehrte elektrische
Leistungszuführung wieder ausgeglichen wird, steigt auch der außermittige Pegel mit
auf das richtige Maß, und man bekommt obendrein noch die räumlich richtige Verteilung
der akustischen Schallenergie.
[0046] In Fig 14 wird gezeigt, wie auch durch konstruktive Maßnahmen wie die Flächenveränderungen
der direkt auf der Schwingspule sitzenden kalottenförmigen Abdeckung im Verhältnis
zu einem gleichbleibenden Gesamtmembrandurchmesser der Frequenzgang beeinflußt werden
kann.
[0047] Während die größere Kalotte im unteren Hochtonbereich lauter und im oberen Hochtonbereich
leiser ist und schon wieder etwas bündelt, ist die kleinere Kalotte im unteren Hochtonbereich
leiser, aber im oberen Hochtonbereich lauter und bündelt auch weniger.
[0048] Die Breite und Dicke der erfindungsgemäßen frequenzabhängig nachgiebigen Verbindung
wirkt im Hochtonbereich als Randeinspannung V für Kalotte und Schwingspulenträger
sowie im Frequenzbereich darunter als frequenzabhängiger Übertrager von Schwingungen
auf den äußeren Membranteil. Zwischen einer großen Dicke der Verbindung, was einer
weichen Kalotteneinspannung entspricht, die erst bei ganz tiefen Frequenzen zu einer
starren Verbindung mit dem äußeren Membranteil wird, und einer kleinen Dicke der Verbindung,
was einer relativ harten Kalotteneinspannung entspricht, die schon bei mittleren Frequenzen
zu einer festen Verbindung mit dem äußeren Membranteil führt, ist ein Kompromiß anzustreben.
Auch bei gleicher Dicke, aber größerer Breite in der Ausführung der Verbindung zwischen
Kalotte und dem äußeren Membranteil verändern sich die Übertragungseigenschaften entsprechend.
[0049] Aber auch die Eigenschaften als Dämpfer für die Partialschwingungen in der Kalotte,
in dem äußeren Membranteil und in dem Schwingspulenträger hängen von der Breite und
der Dicke der erfindungsgemäßen Verbindung ab. Auch eine eventuelle Vordehnung des
Materials kann berücksichtigt werden.
[0050] Wenn die erfindungsgemäße Verbindung zwischen dem Schwingspulenträger und dem äußeren
Membranteil rein elastisch ausgeführt werden würde, würden sich von der Frequenz abhängige
Schwingungszustände ergeben, in denen die beiden Membranteile je nach Massenverteilung
einmal in gleicher Phase, aber auch gegenphasig zueinander schwingen könnten.
[0051] Um dies zu vermeiden, muß die Verbindung so gestaltet werden, daß sie nur im Hochtonbereich
nachgiebig ist und auch nur kleine Auslenkungen der beiden Membranteile ohne freie
Verschieblichkeit V gegeneinander zuläßt. Bei niedrigeren Frequenzen muß die Verbindung
ohne Verschieblichkeit sein. Dies kann durch die Wahl der Materialien und die Ausführungsform
der Verbindung erreicht werden.
[0052] Auch eine elektronischen Entzerrung nach dem DE-PS 34 18 047 kann zu der erwünschten
Wirkungsweise der Verbindung einen Beitrag leisten. Die z.B. im Hochtonbereich erhöhte
elektrische Leistungszuführung kann die für die kleinen Auslenkungen V erforderliche
Verformungsenergie liefern.
[0053] Diese Energie wird durch die Konstruktionsform der erfindungsgemäßen Verbindung aber
nicht in den äußeren Membranteil geleitet, sondern innerhalb der Verbindung aufgearbeitet,
in Wärme umgesetzt. Diese erhöhte Energiezuführung fällt im Mitteltonbereich bereits
stark ab und ist im Baßbereich nicht mehr wirksam.
[0054] Alle konstruktiven Maßnahmen wie das Verändern der Steifigkeit der elastischen Randeinspannung
des äußeren Membranteils am Lautsprecherkorb, der erfindungsgemäßen Verbindung zwischen
dem äußeren Membranteil und dem Schwingspulenträger, die Gesamtsteifigkeit des äußeren
Membranteils sowie seines Gewichts stellen konstruktive Mittel zur Entzerrung des
Breitbandlautsprechers dar, die soweit wie möglich genutzt werden sollten, um einen
linearen Frequenzgang zu erzielen.
[0055] Die erfindungsgemäße Verbindung soll überwiegend Normalkräfte aus dem Schwingspulenträger
als Normalkräfte in den äußeren Membranteil einleiten. Für die erfindungsgemäße Verbindung
wirken die Normalkräfte aus dem Schwingspulenträger als Querkraftbeanspruchung. Diese
Beanspruchung auf Scherfestigkeit (Fig 15) ist langzeitbeständiger als eine Beanspruchung
auf Zug und Druck.
[0056] Vorzugsweise soll eine Verbindung mit rechteckigem Querschnitt Verwendung finden,
die entweder direkt am Schwingspulenträger befestigt wird oder an einer wärmeisolierenden
Schicht, die ihrerseits wieder auf dem wärmeleitenden Schwingspulenträger festgemacht
ist. Die Verbindung kann zusätzlich auch an dem äußeren Membranteil festgeklebt oder
sogar aufvulkanisiert werden. Die Fig 16 zeigt eine Reihe von Möglichkeiten für die
Ausbildung des Verbindungselements 6.
[0057] Eine Alternative ist, die Verbindung über dem Schwingspulenträger schon stark vorgedehnt
aufzubringen, um Resonanzen durch den Anpreßdruck noch wirksamer zu verhindern. Es
ist auch möglich, über den unteren Rand des äußeren Membranteils ein elastisches Band
zu spannen, um die Membran an die erfindungsgemäße Verbindung zu drücken (Fig 16).
[0058] Auch andere Ausführungen statt rechteckiger Querschnitte sind möglich, z.B. runde
oder ovale Querschnitte oder eine Nut und Feder-Ausführung. Die Verbindung kann in
einem Stück oder in zwei getrennten Teilstücken ausgebildet werden, wobei die getrennten
Teilstücke auch für unterschiedliche Kennwerte wie z.B. optimale Normalkraftübertragung
und optimale Schwingungsdämpfung ausgebildet sein können. Die Verbindung kann aufgeklebt
oder auch nur aufgezogen sein. Ebenso können nachgiebig bleibende Klebemassen zur
Herstellung der erfindungsgemäßen Verbindung benutzt werden.
[0059] Als Material für die erfindungsgemäße Verbindung können Gummi, Neoprene, PVC, Silikon
oder ähnliche Elastomere Verwendung finden. Die elastischen und die dämpfenden Eigenschaften
der Elastomere werden in ihrem Grundverhalten durch die Molekülstruktur vorgegeben,
sie können aber durch den Grad der Vernetzung der Moleküle und durch die Art und Menge
der Füll- und Verstärkungsstoffe zusätzlich noch weiter optimiert werden. Gut geeignet
wegen ihrer hohen Dämpfung sind unter anderen z.B. Epichlorhydrinkautschuk (ECO),
Polynorborenkautschuk (PNR), Polyakrylatkautschuk (ACM) oder auch Butylkautschuk (IIR).
Mittlere Vernetzungsgrade der Molekülketten haben sich als vorteilhaft erwiesen.
[0060] Gute Füll- und Verstärkungsstoffe zur Dämpfung, die auch in weiten Temperaturbereichen
ein gleiches physikalisches Verhalten gewährleisten sind z.B. Graphit oder Quarzmehl.
[0061] Der Einsatz von Mischprodukten mit teilweise elastischem, teilweise plastischem Material
mit oder ohne Armierung durch Fasern ist ebenso möglich wie die Verwendung von Schläuchen
mit plastisch verformbarem Inhalt. Auch Balsaholz oder Schaumstoffe haben die Eigenschaft,
hochfrequente Schwingungen gut zu absorbieren und tieffrequente Schwingungen ohne
Verluste weiterzuleiten. Es kann Material Verwendung finden, das in allen drei Achsen
gleiche, aber auch unterschiedliche Kennwerte für Dehnung, Steifigkeit, Verformbarkeit
und Dämpfung hat.
[0062] Die Verbindung des Schwingspulenträgers mit der kalottenförmigen Abdeckung ist- fest
und starr auszubilden, die Kalotte selbst vorzugsweise aus Metall zur besseren Wärmeableitung.
Der Kleber zwischen Kalotte und Schwingspulenträger ist ebenfalls vorzugsweise gut
wärmeleitend.
[0063] Der äußere Membranteil kann am Außenrand rund oder oval sein, der Übergang zum Schwingspulenträger
am Innenrand ist aber rund.
1.
Breitbandlautsprecher mit in Teilflächen für verschiedene Frequenzbereiche aufgeteilter
Membranfläche, bei dem der innere Membranteil aus einer mit dem Schwingspulenträger
fest verbundenen Schwingspulenabdeckung besteht und der äußere Membranteil über eine
frequenzabhängig nachgiebige Verbindung mit dem inneren Membranteil gekoppelt ist,
wobei die Elastizität der Verbindung so gewählt ist, daß bei hohen Tonfrequenzen der
äußere Membranteil zumindest annähernd in Ruhe bleibt, während bei tiefen Tonfrequenzen
die frequenzabhängig nachgiebige Verbindung den äußeren Membranteil mindestens nahezu
fest mit dem inneren Membranteil verbindet und bei mittleren Tonfrequenzen ein stetiger
Übergang erfolgt, dadurch gekennzeichnet ,
- daß der äußere Membranteil (3, 4, 13, 14) über die frequenzabhängig nachgiebige
Verbindung (6) am Schwingspulenträger (1) befestigt ist und das Material der Verbindung
(6) neben elastischen auch schwingungsdämpfende Eigenschaften, d.h. eine innere Reibung
aufweist und
- daß der äußere Membranteil (3, 4, 13,14) als Konusmembran (4), als NAWI-Membran
(3) oder als vorne ebener Formkörper (13, 14) ausgebildet ist, dessen hintere Begrenzung
die Form einer Konus- oder NAWI-Membran aufweist, wobei der äußere Membranteil (3,
4, 13, 14) im Verhältnis zum Durchmesser eine gewisse Mindesthöhe H besitzt, die sicherstellt,
daß der äußere Membranteil (3, 4, 13, 14) als räumliches Schalentragwerk oder als
räumliches Formteil nicht auf Biegemomente oder Kippen, sondern auf Normalkraft beansprucht
wird.
2. Breitbandlautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Schwingspulenabdeckung
(2) kalottenförmig ausgebildet ist.
3. Breitbandlautsprecher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die
frequenzabhängig nachgiebige Verbindung (6) aus einem homogenen Material besteht.
4. Breitbandlautsprecher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzabhängig
nachgiebige Verbindung (6) aus verschiedenen Materialen mit unterschiedlichen Eigenschaften
besteht.
5. Breitbandlautsprecher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzabhängig
nachgiebige Verbindung (6) in den drei räumlichen Achsen unterschiedliche Kennwerte
besitzt.
6. Breitbandlautsprecher nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch- gekennzeichnet,
daß die frequenzabhängig nachgiebige Verbindung (6) auf dem Schwingspulenträger (1)
unter Vorspannung aufgebracht ist.
7. Breitbandlautsprecher nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die frequenzabhängig nachgiebige Verbindung (6) durch den äußeren Membranteil
(3,4,13,14) an den Schwingspulenträger (1) angepreßt wird.