DE102005023759B3 - Acoustic transducer with full cone membrane for loud speaker cabinet - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Schallwandler mit Vollkonus-Membran gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches 1, sowie eine Vollkonus-Membran.The The invention relates to a transducer with a full-cone diaphragm according to the preamble of the main claim 1, and a full-cone membrane.
Übliche Schallwandler wie sie beispielsweise in Lautsprecherboxen eingesetzt sind werden auch als elektrodynamische Lautsprecher bezeichnet. Der hierbei übliche Aufbau des elektrodynamischen Lautsprechers bzw. Schallwandlers umfaßt ein magnetisches Gleichfeld aufbauenden Permanentmagneten oder Elektromagneten, in dem sich eine stromdurchflossene Schwingspule befindet. Diese Schwingspule befindet sich auf einem Schwingspulenträger der die Bewegungen der Schwingspule auf die Membran des Schallwandlers überträgt, wodurch die Membran in Schwingung versetzt wird.Usual sound transducer as they are used for example in speakers also known as electrodynamic speakers. The usual construction of the electrodynamic loudspeaker or sound transducer comprises a magnetic DC field permanent magnets or electromagnets, in which is a current-carrying voice coil. This voice coil is located on a voice coil carrier of the movements of the Voice coil transmits to the diaphragm of the transducer, causing the diaphragm in Oscillation is shifted.
Die Materialanforderungen an eine ideale Membran für einen Schallwandler sind gegensätzlich, da eine ideale Membran zur Verwirklichung eines hohen Wirkungsgrades leicht aber dennoch möglichst starr sein müsste, um gleichzeitig einen linearen Frequenzgang zu ermöglichen. Zur Vermeidung stehender Wellen, also Resonanzen, wäre ein unendlich steifes Membranmate rial erforderlich, da dieses die Bewegungen der Schwingspule direkt vom Zentrum zum Membranrand übertragen könnte, da sich die Membran perfekt gleichförmig bewegt unabhängig von der zu übertragenden Frequenz. In der Praxis ist allerdings bislang ein solcher Werkstoff nicht vorhanden, weshalb mit zunehmender Frequenz der Schall mehr Wellenzüge von der Anregungsstelle bis zum Rand der Membran benötigt. Es kommt hierbei zu den unerwünschten Stehwellen oder Resonanzen, die sich von der Anregungsstelle zum Rand aber auch am Membranumfang und beliebig diagonal über die Membran hin erstrecken. Die unerwünschten Resonanzspitzen treten daher weitgehend ungleichmäßig auf.The Material requirements for an ideal diaphragm for a sound transducer are contrary, as an ideal membrane to achieve high efficiency easy but still possible would have to be rigid to simultaneously allow a linear frequency response. To avoid standing waves, so resonances, would be an infinite stiff Membranmate rial required because this the movements of the Voice coil could transfer directly from the center to the membrane edge, since the membrane is perfect uniform moves independently from the to be transferred Frequency. In practice, however, such a material is not yet exists, which is why with increasing frequency of the sound more wave trains of the Stimulation site needed to the edge of the membrane. It comes here to the undesirable Standing waves or resonances extending from the excitation site to the Edge but also on the diaphragm circumference and arbitrarily diagonally over the Extend the membrane. The unwanted resonance peaks occur therefore largely uneven.
Gegen diese unerwünschten stehenden Wellen werden im Stand der Technik zwei verschiedene Lösungen verfolgt. Zum einen folgt eine Bedämpfung der Membran mit einer zähelastischen Beschichtung, wobei hier problematisch ist, dass diese Bedämpfung nicht linear ist und deutliche klangliche Auswirkungen aufweist.Versus these unwanted standing waves two different solutions are pursued in the prior art. On the one hand follows a damping the membrane with a viscoelastic Coating, which is problematic here, that this damping is not is linear and has clear tonal effects.
Daher geht die Tendenz zur zweiten Lösung nämlich der Stabilisierung der Membranen, also der Anstrebung möglichst steifer Membranwerktstoffe. Es gibt hierfür verschiedene Ansätze. Beispielsweise wird zunehmend mit metallischen Membranen, vorzugsweise Aluminiummembranen gearbeitet wobei sich Aluminium als Membranmaterial im Mitteltonbereich bis hin zum Hochtonbereich ideal verhält. Oberhalb dieser Frequenzen treten allerdings weiterhin Resonanzen auf, die in herkömmlicherweise mittels Frequenzweichen ausgeblendet werden müssen. Die Frequenzweiche blendet hierbei die problematischen Frequenzbereiche dieser Lautsprecher aus.Therefore the tendency for the second solution namely the Stabilization of the membranes, so the Anstrebung possible rigid membrane materials. There are different approaches for this. For example increasingly with metallic membranes, preferably aluminum membranes worked with aluminum as the membrane material in the midrange up to the high frequency range behaves ideally. Above these frequencies However, resonances continue to occur in the conventional manner must be hidden by means of crossovers. The crossover hides Here are the problematic frequency ranges of these speakers out.
Ein weiterer bekannter Ansatz zur Erhöhung der Steifheit der Membran ist die Verwendung von Vollkonus-Membranen. Die Verwendung solcher Membranen ist lange bekannt und beispielsweise im sogenannten Pudszus-Görlich-Lautsprecher mit einer Vollkonus-Membran aus einem Sandwichmaterial aus Hartschaum und Aluminiumfolie gelöst.One Another known approach to increase the stiffness of the membrane is the use of full cone membranes. The use of such membranes has long been known and, for example in the so-called Pudszus-Görlich loudspeaker with a full cone membrane made of a sandwich material made of hard foam and aluminum foil dissolved.
Die Vollkonus-Membran ist hierbei ebenfalls konusförmig nach innen verjüngt, weist allerdings eine flachere Neigung zum Mittelpunkt hin auf.The Full-cone membrane here is also conically tapered inward, pointing however, a flatter inclination towards the center.
Die
Auch diese Lösung bewirkt keine deutliche Verbesserung gegenüber herkömmlichen Schallwandlern, da es im Bereich des übergangs des Styropormembrankörpers zur Pappmembran an dessen äußeren Umfang im Bereich der Sicke weiterhin zu Verwindungen des Membrankörpers kommt, die zu stehenden Wellen bzw. Resonanzen führen. Zudem ist problematisch, dass ein oberhalb der Abdeckkappe der Pappmembran entstehender luftgefüllter Hohlraum entsteht, der ebenfalls zu unkontrollierten Schwingungen führt.Also this solution causes no significant improvement over conventional transducers since it in the area of the transition of the styrofoam body to the cardboard membrane at its outer periphery in the area of the bead, further twisting of the membrane body occurs leading to standing waves or resonances. In addition, it is problematic in that an air-filled cavity emerging above the cap of the cardboard membrane arises, which also leads to uncontrolled vibrations.
Aus
der
Schließlich offenbart
die Schrift
Vor
diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Schallwandler mit einer Vollkonus-Membran zu schaffen, der die aufgezeigten
Nachteile vermeidet und vorhandene Membran-Resonanzen nahezu vollständig ausgleicht.
Es soll zudem eine Vollkonus-Membran (
Erreicht wird dies durch einen Schallwandler mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vollkonus-Membran nach Anspruch 12.Reached This is achieved by a sound transducer with the features of the claim 1 and by a full cone membrane according to claim 12.
Die Unteransprüche 2-11 haben weiterführende Merkmale zum Gegenstand, die vorteilhafte Bauformen des Schallwandlers betreffen.The under claims 2-11 have continuing Features of the subject, the advantageous designs of the transducer affect.
Der erfindungsgemäße Schallwandler weist den Aufbau bekannter Schallwandler auf, wobei nun in die Konus-Membran, die beispielsweise herkömmlich aus Papier, Kunststoff o.ä. gefertigt ist, ein kegelförmiger Vollkörper eingesetzt ist, der eine nach außen weisende Wölbung aufweist. Auf diese Weise wird eine äußerst steife Vollkonus-Membran geschaffen, die das Auftreten von stehenden Wellen bzw. Resonanzen bis in den Be reich hoher Frequenzen sicher vermeidet. Die Vollkonus-Membran bewegt sich hierbei perfekt gleichförmig unabhängig von der zu übertragenden Frequenz, wodurch klanglich keinerlei Verzerrungen auftreten.Of the Sound transducer according to the invention has the structure of known sound transducer, wherein now in the cone diaphragm, for example, the conventional made of paper, plastic or similar is made, a cone-shaped full body is inserted, which has an outward-facing curvature. This way, it becomes extremely stiff Full-cone membrane created the occurrence of standing waves or resonances safely avoided up to the Be rich high frequencies. The full-cone diaphragm moves perfectly uniformly independent of this the one to be transferred Frequency, which causes no distortion.
Durch das Ausbleiben jeglicher Verformung der erfindungsgemäßen Membran können die auf die Membran wirkenden Antriebskräfte vollständig und ungedämpft in Schall umgewandelt werden, da Zug- und Querkräfte, die bei herkömmlichen Membranen zu Verformungen führen, keine Wirkung haben. Somit wird eine höhere Impulsgenauigkeit erreicht. Zudem werden die bei konventionellen Schallwandlern auftretenden Taumelbewegungen der Sicke sowie der Spinne minimiert. Insgesamt führen diese Verbesserungen zur Erreichung eines höheren unverzerrt erreichbaren Maximalpegel.By the absence of any deformation of the membrane according to the invention can the driving forces acting on the membrane are completely and undamped in Sound are converted to tensile and shear forces, which in conventional Membranes lead to deformations, have no effect. Thus, a higher pulse accuracy is achieved. In addition, the occurring in conventional transducers Tumbling movements of the bead and spider minimized. All in all to lead These improvements achieve a higher undisturbed achievable Maximum level.
Ein weiterer positiver Effekt hierbei ist, daß die in konventionellen Lautsprecherboxen benötigten Frequenz- und Filterweichen, die die zuvor beschriebenen Mängel der Schallwandler auffangen sollen, aufgrund der erreichten Verbesserungen nicht mehr bzw. nur noch in geringem Umfang erforderlich sind, wodurch qualitativ hochwertige Lautsprecherboxen wesentlich preiswerter herstellbar sind.One Another positive effect here is that in conventional speakers required frequency and filter switches, which absorb the previously described defects of the sound transducer should, due to the achieved improvements no more or only are still required to a small extent, resulting in high quality Loudspeaker boxes are much cheaper to produce.
Hierbei spielt die Wölbung der Vollkonus-Membran eine entscheidende Rolle. Bekannte nach innen gewölbte bzw. plane Vollkonus-Membrane weisen weiterhin deutliche Verzerrungen auf, die vom Randbereich der Vollkonus-Membran im Bereich der umlaufenden Sicke herrühren. In diesem Bereich verjüngt sich die Vollkonus-Membran, wodurch diese Materialschwäche zu Verformungen führt, die wiederum die zu vermeidenden Resonanzen bedingen. Dies wird zu einem großen Teil durch die erfindungsgemäße Wölbung nach außen aufgefangen. Diese Wölbung wirkt den Verformungskräften im Übergangsbereich der Vollkonus-Membran zur Sicke wirksam entgegen und bewirkt daher die deutlichen klanglichen Verbesserungen in beschriebener Form.in this connection plays the vault the full-cone membrane plays a crucial role. Known inside domed or plane cone-cone membranes continue to show significant distortions on, from the edge area of the cone cone in the area of the circumferential Beading come from. Rejuvenated in this area the full-cone membrane, whereby this material weakness leads to deformations, the in turn cause the resonances to be avoided. This becomes one huge Part by the curvature of the invention Outside collected. This vault acts on the deformation forces in the transition area the full-cone membrane to bead effectively and therefore causes the significant sound improvements in the form described.
Zudem führt die Wölbung zu einer deutlichen Verbesserung in Bezug auf das Rundstrahlverhalten des Schallwand lers. Dieser Effekt ist besonders positiv bei Membrandurchmessern oberhalb von 10 cm, da gerade hier herkömmliche Schallwandler starke Defizite im Rundstrahlverhalten aufweisen. Für die Anwendung in einer Lautsprecherbox bedeutet dies ein deutlich bessere Klangverbreitung im Raum und somit einen Wohlklang in weiten Bereichen des Raumes, wohingegen herkömmliche Schallwandler häufig einen nur sehr begrenzten Raum optimal beschallen.moreover leads the bulge to a significant improvement in terms of the omnidirectional behavior of the Baffle lers. This effect is particularly positive for membrane diameters above 10 cm, because here conventional sound transducers strong deficits in omnidirectional behavior. For use in a loudspeaker box This means a much better sound distribution in the room and thus a harmony in wide areas of the room, whereas traditional ones Sound transducers frequently optimally sound a very limited space.
Ein wesentliche Verbesserung gegenüber bekannten Lösungen ist desweiteren, daß die erfindungsgemäße Vollkonus-Membran den durch die herkömmliche Konus-Membran gebildeten Konusraum des Schallwandlers voll ausfüllt und in diese einsetzbar ist. Das heißt, die Vollkonus-Membran kann auch als Verbesserung in bereits bestehende Schallwandler eingesetzt werden. Durch die vollständige Ausfüllung des Bereiches zwischen Abdeckkappe und Sicke sind keine Hohlräume mehr vorhanden, in denen Luft zum Schwingen gebracht und so schädliche Schwingungen erzeugt werden können. Auch dies erhöht die Impulsgenauigkeit und vermeidet die Entstehung von Resonanzen.One substantial improvement over known ones solutions is further that the Full-cone membrane according to the invention by the conventional one Conical membrane filled conical space of the transducer fully fills and can be used in this. That is, the full-cone membrane can also used as an improvement in existing transducers become. Through the full filling the area between the cap and bead are no longer cavities present, in which air vibrated and so harmful vibrations can be generated. Also this increases the impulse accuracy and avoids the formation of resonances.
Zweckmäßigerweise geht die Wölbung der Vollkonus-Membran direkt von der Anbindung an der umlaufenden Sicke des Schallwandlers aus. Dies ist ideal, da so die bereits erläuterten Verformungen aufgrund der Materialschwäche in diesem Bereich sicher vermieden werden können.Conveniently, the curvature of the full-cone diaphragm goes directly from the connection to the circumferential bead of the transducer. This is ideal, since the already explained deformations due to the material weakness in this area can be safely avoided.
Die Tiefe der Wölbung variiert hierbei in Abhängigkeit vom gewählten Wölbungsradius und vom Durchmesser der Vollkonus-Membran selbst. Die Wölbung gegenüber der durch die umlaufende Sicke gebildeten frontalen Ebene des Schallwandlers beträgt hierbei in etwa 1 cm, was allerdings durch die obengenannten Parameter unterschiedlich ausfallen kann und sollte.The Depth of the vault varies depending on this of the chosen radius of curvature and the diameter of the cone-shaped cone itself. The bulge opposite the formed by the circumferential bead frontal plane of the transducer is here in about 1 cm, which, however, by the above parameters can and should be different
Die Wölbung bzw. der Wölbungsradius kann hierbei vorteilhafterweise bewußt gewählt werden angepaßt an die gewünschten Eigenschaften der Abstrahlung. Durch eine stärkere Wölbung werden die Rundstrahleigenschaften weiter verbessert.The bulge or the radius of curvature can advantageously be chosen deliberately adapted to the desired Properties of the radiation. By a stronger curvature, the round beam properties further improved.
Bei der Materialwahl ist es zweckmäßig, für den Vollkörper der Vollkonus-Membran einen sehr steifen und den noch möglichst leichten Baustoff zu verwenden. Als hierfür besonders geeignet wurden aufgeschäumte Kunststoffe, insbesondere Polystyrole gefunden. Diese Materialien sind sehr leicht und weisen dennoch die erforderliche Steifigkeit auf, um die Impulsübertragung ohne Verluste durch eine evtl. Verformung der Membran zu gewährleisten. Die schallabgebende gewölbte Fläche kann hierbei zweckmäßigerweise lackiert sein, vorteilhafterweise mit einem Acryllack, was sowohl die Schallabgabe als auch die Optik des Schallwandlers verbessert.at the choice of material, it is appropriate for the full body of the Full cone membrane a very stiff and still possible to use lightweight building material. Foamed plastics were particularly suitable for this purpose. especially polystyrenes found. These materials are very light and still have the required stiffness to impulse transmission without loss due to a possible deformation of the membrane to ensure. The sounding domed area this may expediently be painted, advantageously with an acrylic paint, which is both the sound output and the optics of the transducer improved.
Es ist wie bereits angesprochen sowohl möglich, Schallwandler der erfindungsgemäßen Art durch ein Ersetzen der üblichen Membran-Konen durch die neuartigen Vollkonus-Membranen herzustellen. Es ist aber auch zweckmäßig, in herkömmliche Schallwandler mit beispielsweise Papier-Membran-Konen die erfindungsgemäßen Vollkonus-Membranen einzusetzen, insbesondere einzukleben. Die Vollkonus-Membranen sind hierfür genau der Form der Membran-Konen angepaßt ausgebildet und werden vollflächig in diese eingeklebt. Verwendung findet hierfür ein Spezialkleber, der zumindest eine hohe Zugfestigkeit und thermische Belastbarkeit aufweisen muß.It is as already mentioned both possible, sound transducer of the type according to the invention by replacing the usual Membrane cones produced by the novel cone-shaped membranes. But it is also appropriate, in conventional Sound transducers with, for example, paper cone cones, the full-cone membranes according to the invention use, in particular pasting. The full cone membranes are therefor formed exactly adapted to the shape of the membrane cones and are fully integrated in these glued. Use this is a special adhesive, at least must have a high tensile strength and thermal resistance.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Die Figur zeigt den seitlichen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Schallwandler.One embodiment The invention is described below with reference to a drawing. The figure shows the lateral section through a transducer according to the invention.
In
einen Schallwandler mit herkömmlicher Konus-Membran
Die
Vollkonus-Membran
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Citations (3)
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DE3048431A1 (en) * | 1980-12-22 | 1982-11-25 | Tinduf-Trust reg., 9491 Nendeln | Loudspeaker diaphragm - with polystyrene foam disc closing opening of cardboard cone |
EP0068285A1 (en) * | 1981-06-19 | 1983-01-05 | Hitachi, Ltd. | Speaker equipped with diaphragm filled with foamed resin |
EP0072991A2 (en) * | 1981-08-28 | 1983-03-02 | Hitachi, Ltd. | Speaker system |
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- 2005-05-19 DE DE200510023759 patent/DE102005023759B3/en not_active Expired - Fee Related
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