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Elektro-dynamischerTrichter-Lautsprecher.
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektro-dynanisehen Trichter-Lautsprecher, der sich durch eine ausserordentlich gute Wiedergabe selbst der höchsten und tiefsten Frequenzen bei gutem Wirkungsgrad auszeichnet.
Trichter-Lautsprecher mit elektro-dynamischem Antrieb sind an sich bekannt. Diese bekannten Lautsprecher besitzen im allgemeinen eine kreis-, kalotten-oder kegelförmige Membran mit einer kreisförmigen Schwingspule. Andere bekannte Ausführungen besitzen Spulen in Quadratform, insbesondere die Lautsprecher mit vierpoligem Magnetsystem ; bei den bekannten Systemen wird jedoch nur ungefähr die Hälfte der wirksamen Drahtlänge ausgenutzt, so dass der Wirkungsgrad der Anordnung schlecht ist.
Das Magnetsystem ist in diesem Falle der Spulenform angepasst, ebenso wie bei den bekannten Lautsprechern mit viereckigen Spulen, deren Magnetsystem aus einem quadratischen Mittelpol und zwei Polschuhen besteht, die auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Mittelpols angeordnet sind.
Bei Grossflächenlautsprechern, d. h. bei Lautsprechern, die ohne Trichter arbeiten, werden auch rechteckige Membranformen benutzt. Bei derartigen Grossflächenlautsprechern liegen die Frequenzverhältnisse völlig anders als bei Trichterlautsprechern, da die Membranen der letzteren wesentlich kleiner sind. Es ist unmöglich, eine Grossflächenmembran bei geringem Gewicht so steif zu machen, dass keine Eigenschwingung im Hörgebiet auftritt.
Das geringe Gewicht ist aber mit Rücksicht auf den Wirkungsgrad erforderlich, so dass entweder bei grossem Gewicht Eigenschwingungen im Hörbereich zwar vermieden sind, jedoch der Wirkungsgrad ausserordentlich schlecht ist, während bei geringem Gewicht zwar der Wirkungsgrad verhältnismässig gut ist, jedoch Eigenschwingungen im Hörbereich die Wiedergabe beeinträchtigen. Auch bei sehr kleinen leichten Membranen sind bisher immer störende Eigenfrequenzen innerhalb des Übertragungsbereiches aufgetreten, zumal wenn es sich um für grössere Leistungen berechnete Lautsprecher handelt. Die grössere Wiedergabeleistung erfordert mit Rücksicht auf die beschränkten Amplituden eine grössere schallabstrahlende Fläche.
Diese Schwierigkeiten werden durch die neuartige Anordnung gemäss der Erfindung vermieden.
Für eine einwandfreie Wiedergabe und für einen guten Wirkungsgrad ist es erforderlich, das schwingende System so leicht wie möglich zu gestalten sowie die Feldstärke im Luftspalt auf den grösst- möglichen. Wert zu steigern. Die Leichtigkeit der Membran darf jedoch nicht so weit getrieben werden, dass ihre Steifheit darunter leidet, sie muss vielmehr bis zu den höchsten Frequenzen - im allgemeinen bis zu 8000 Hz-als starres Ganzes schwingen, was nur bei grosser Steifheit der Membran möglich ist.
Bei den bekannten kreis-, kalotten-oder kegelförmigen Membranen muss die Erhöhung der Steifheit mit einer Vergrösserung der Masse bezahlt werden. Dieser Umstand aber beeinträchtigt seinerseits die Wiedergabe insbesondere der hohen Frequenzen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass man eine Verbesserung der elektro-dynamischen Lautsprecher erreichen kann, wenn man von der bisher üblichen kreisförmigen Membran abgeht. Gemäss der Erfindung wird eine rechteckige, u. zw. vorzugsweise länglich-rechteckige Kolbenmembran benutzt, u. zw. wird diese Membran ausserhalb des wirksamen Luftspaltes des Feldmagneten angeordnet. Zum Antrieb wird vorteilhafterweise eine der Membranform angepasste rechteckige Antriebsspule benutzt, wobei diese Spule
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Membran gebildet wird und dessen Seiten die Spulenseiten darstellen. Diese Ausführungsform bringt wesentliche technische Vorteile mit sich.
Die bekannten Topfmagneten der üblichen elektro-dynamischen Lautsprecher mit kreisförmiger Sehwingspule besitzen eine sehr grosse Streuung, so dass bei der zur Erzielung eines guten Wirkungsgrades erwünschten hohen Feldstärke die Ausnutzung des gesamten
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strom der Feldspule hervorgerufene Joulesehe Wärme infolge des Einbaues der Spule in den Topfmagneten nicht gut abgeführt werden, so dass die Stromdichte in der Erregerspule und damit die wirksamen Amperewindungszahlen nur einen geringen Wert annehmen können. Aber nicht nur bezüglich des Magnetsystems werden mit der neuen Anordnung Verbesserungen erzielt, sondern auch hinsichtlich des schwingenden Systems des Lautsprechers.
Bei der vorzugsweise länglich-rechteckigen Membran gemäss der Erfindung treten zwei Eigenschwingungen auf, eine Längseigenschwingung und eine Quereigenschwingung. Die Längseigenschwingung macht sich infolge des gleichphasigen Antriebs der Membran nicht störend bemerkbar, so dass die Membran beliebig lang gestaltet werden kann. Die Belastbarkeit kann hiedurch ebenfalls beliebig gesteigert werden, im Gegensatz zu der bei den bekannten Membranen auftretenden Erscheinung, dass die Vergrösserung der Fläche eine Herabsetzung der Eigenschwingung bewirkt, durch die die Wiedergabe infolge der auftretenden Resonanzspitze wesentlich beeinträchtigt wird.
Die Breite der Membran kann ohne Schwierigkeit so bemessen werden, dass die Querschwingung, zweckmässig durch in an sich bekannter Weise auf der Membran angebrachte Versteifungsrippen und-wellen, sehr hoch, bis nahezu an die Grenze des vorzugsweise wiederzugebenden Frequenzbereiches gelegt werden kann. Das Gewicht der Membran kann auf diese Weise sehr viel geringer gehalten werden als das einer Kreismembran gleicher akustischer Eigenschaften. Es konnten gemäss der Erfindung Systeme entwickelt werden, die bei einer Quereigenschwingung von ungefähr 6000 Hz, also einer Membran hoher Steifheit, ein Eigengewicht des schwingenden Systems (Membran und Leiter) von unter 0'08 fi pro Quadratzentimeter der akustisch wirksamen Fläche aufweisen.
Da zweckmässig zur Verbesserung des Wirkungsgrades weiterhin eine Drucktransformation mindestens im Verhältnis von 1 : 10 vorgesehen ist, kann die Membran-bezogen auf den Transformationsraum-als luftleichte Membran, das erstrebenswerte Ideal einer schwingenden Membran, angesehen werden. Das Auftreten von Partialschwingungen der Membran wird durch den Randantrieb vermieden. Die antreibende Kraft greift in der Nähe der Halterung der Membran an, so dass der Hebelarm zwischen Antriebskraft und Halterung fast Null ist ; die Membran kann als Ganzes mit den Bewegungen der Spule mitgehen.
Ausser diesen akustischen Vorzügen weist der neue Lautsprecher auch hinsichtlich der Fabrikation
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stücke verwendet werden, bzw. es kann auch das Magnetsystem aus einem im Querschnitt U-förmigen Stück gebildet sein, in dessen Mitte der vorzugsweise rechteckig-längliche Mittelpol befestigt ist, auf die Seitenschenkel werden vorteilhaft Polplatten aufgesetzt, die gegebenenfalls mittels Schrauben und Schlitzlöcher mit den Seitenschenkeln verbunden werden, um eine Einstellung des Luftspaltes zwischen Polplatte und Mittelpol zu ermöglichen. Die Form des langgestreckten Rechtecks für den Mittelpol hat u. a. noch den Vorteil, die dynamisch unwirksamen Querseiten der der Form des Mittelpols entsprechenden Schwingspule sehr kurz-bezogen auf die Gesamtleiterlänge-halten zu können.
Wie bereits erwähnt, wird die Membran mit Querversteifungsrippen versehen, um die Quereigenschwingung möglichst hoch legen zu können. Wenn diese Membran in den Trichtermund eingesetzt wird, so wird durch die Zwisehenräume zwischen den Versteifungsrippen der Kompressionsraum unnötig vergrössert und der Wirkungsgrad der Gesamtanordnung herabgesetzt. Es wird daher gemäss weiterer Erfindung zwar eine Membran mit Versteifungsrippen gewählt, aber die akustisch wirksame Fläche durch Planierung der Oberfläche der Membran mittels einer Seiden-, Papier-, dünnen Metalloder sonst irgendeiner Schicht geebnet, so dass der Kompressionsraum genau voraus berechnet und auf den technisch günstigsten Wert gebracht werden kann.
Die Schicht ist zweckmässig etwas breiter als die Membran breit ist, so dass an den Längsseiten Lappen überstehen, die an den Aussenpolen befestigt werden können ; die Planierungsschicht dient auf diese Weise gleichzeitig zur Halterung der Membran.
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Membran wegen der längeren Wege von Membranende bis zum Trichtermund als von Membranmitte bis zum Trichtermund Interferenzerscheinungen auftreten können, die eine starke Verminderung gewisser Frequenzgebiete herbeiführen können. Dies wird dadurch vermieden, dass der Kompressionsraum nicht direkt an den Trichtermund anschliesst, sondern mit diesem durch Kanäle bzw. Schlitze so in Verbindung gebracht wird, dass die am Trichtermund ankommenden, von der Membran ausgestrahlten Schallwellen im wesentlichen gleichphasig sind.
Das zwischen der Membran und dem Mittelpol befindliehe Luftpolster muss an den Seiten oder durch den Mittelpol hindurch mit der Aussenluft kommunizieren können, da sonst eine zusätzliche Dämpfung auftritt. Dies wird gemäss der weiteren Erfindung dadurch erreicht, dass der die Spreeh-
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der Membran an mit der Membran verbundenen, gleichzeitig zur Versteifung dienenden Hochkantstreifen aus Pertinax od. dgl. befestigt.
Das vorteilhaft aus einem Stück hergestellte langgestreckte System 1 trägt die Aussenpolplatten : 2 sowie die Mittelpolplatte 3. Die innen angeordnete Feldspule 4 kann an ihren Querseiten die erzeugte Wärme bequem abführen, da diese mit der offenen Luft in Verbindung steht, im Gegensatz zu den üblichen Ausführungsformen der elektrodynamischen Lautsprecher, bei denen die Magnetspule im Topf sitzt. Die Wärmeabfuhr wird ausserdem erleichtert durch in die Feldspule eingelegte Bleche 5 aus gut wärmeleitendem Material. Die Fig. 2 zeigt die in der Fig. 1 nicht dargestellte Schwingspule 6 mit der Membran 7. Die mit Versteifungsriffeln versehene Membran 7 ist mit einem Seidenstreifen 8 überklebt, der etwas breiter als die Membran und an den Aussenpolen 2 (Fig. 1) befestigt ist.
Die Schwingspule 6, deren praktisch einfachste Form eine Spule mit einer einzigen Windung ist, ist an einem Pertinaxstreifen 9 angeklebt, der seinerseits mit der Membran 7 starr verbunden ist. Die verhältnismässig grosse Oberfläche, die durch die Riffelung bedingt ist, sichert die starre Befestigung des Leiters-die durch Ankleben erfolgt-an der Membran.
In Fig. 3 ist die Membran und das System ohne Planierungsschicht 8 im Schnitt dargestellt. Es sind deutlich die Pertinaxstreifen 9, der herumgepresste Leiter 10, der der Schwingspule in Fig. 2 entspricht, sowie die Riffelung der Membran, die einer T-Versteifung gleichkommt, zu erkennen.
Fig. 4 zeigt eine Ausfiihrungsform des neuen Lautsprechers im Sehnitt, die hinsichtlich der Membran- befestigung von der Ausführungsform nach Fig. 1-3 abweicht. Das U-Magnetsystem 11 mit dem
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aus einem Leiter 15, der um die Pertinaxstreifen ? herumgepresst ist. Die Pertinaxstreifen 16 sind an die Längsseiten der Membran 17 geklebt. Die Membran 17 ihrerseits ist an ein Stück Seide 1'8, die Seide selbst über einen Rahmen 19 geklebt. Der Rahmen 19 ist mit dem schwingenden System zusammen auf diese Weise leicht einzusetzen. Die Zentrierung der Schwingspule im Luftspalt bereitet keine Schwierigkeiten. In geringem Abstande vor der Membran ist ein Flanseh 20 angeordnet.
Dieser Flansch besitzt eine Anzahl von Sehalldurehtrittsöffnungen, die sieh auf die der Membran gegenüberliegende Fläche zweckmässigerweise gleichmässig verteilen. Die auf diese Weise von den einzelnen Punkten der Membran abgenommenen Schallwellen werden mit Hilfe von Röhren 23 einem Ansatzstück 24, an das sich der Trichtermund anschliesst, zugeführt. Diese Röhren 2. 3 sind so bemessen, dass sie alle etwa die gleiche mittlere Länge besitzen. Dadurch ist erreicht, dass die gleichphasigen Schwingungen der Membran dem Triehtermund ebenfalls gleichphasig zugeführt werden, was bei verschieden grosser Länge der Verbindungsröhren nicht der Fall wäre.
Der Flansch 20 wird zweckmässigerweise an dem Rahmen 19 befestigt unter Zwischenlegung eines Distanzrahmens 21 aus Hartpapier oder Blech, während der Rahmen 1'9 selbst an die Aussenpolplatten ll-') angeschraubt wird. Mit Hilfe des Distanzrahmens 21 lässt sich der Drucktransformationsraum, 3, 3 sehr genau einstellen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektro-dynamischer Trichter-Lautsprecher, dadurch gekennzeichnet, dass die im wesentlichen rechteckige, vorteilhaft länglich-rechteckige als Kolben schwingende Membran ausserhalb des wirksamen Luftspaltes des Feldmagneten angeordnet ist.