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Akustischer Apparat.
Die Erfindung bezieht sich auf akustische Apparate, insbesondere elektrodynamische Lautsprecher. Die elektrodynamischen Lautsprecher haben sich sehr zufriedenstellend erwiesen für die Schallwiedergabe über einen verhältnismässig weiten Frequenzbereich ; aber Versuche, diesen Bereich zu erweitern, insbesondere gegen die hohen Frequenzen zu, sind aus verschiedenen Gründen nicht sehr erfolgreich gewesen, von denen einer darin gelegen ist, dass der Apparat infolge der hohen mechanischen Impedanz der bewegten Teile auf die hohen Frequenzen nicht mehr anspricht.
Für die niedrigeren Frequenzen ist die Impedanz der sich bewegenden Teile hinreichend gering, um die Treue der Wiedergabe nicht wesentlich zu beeinflussen ; für die höheren Frequenzen aber, insbesondere für Frequenzen von über 6000 Perioden in der Sekunde, wird die Impedanz schon verhältnismässig hoch und beeinträchtigt schon empfindlich die Treue der Wiedergabe.
Gegenstand der Erfindung ist es nun, einen akustischen Apparat zu schaffen, der mit grosser Treue über einen breiteren Frequenzbereich anspricht, als er von den bisher gebräuchlichen elektrodynamischen Lautsprechern beherrscht worden ist. Dies wird gemäss der Erfindung im wesentlichen durch ein mit einem einheitlichen Schallabgabesystem (Membransystem) zusammenwirkendes einheit- liches Antriebssystem (Schwingspule od. dgl.) erreicht, das in mindestens zwei unabhängig voneinander schwingbare Teile oder Abschnitte unterteilt ist, die für die Aufnahme verschiedener Frequenzbänder bestimmt bzw. ausgebildet sind, und durch Mittel, wie Filter od. dgl., die bewirken, dass jedem Abschnitt des Antriebssystems im wesentlichen nur das Frequenzband zugeführt wird, für das er bestimmt ist.
Es ist schon vorgeschlagen worden, um den abgestrahlten Frequenzbereich gegen die hohen
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schlag kein einheitliches System mehr dar, sondern nichts anderes als einen zudem recht umständlichen Zusammenbau zweier organisch gar nicht zusammenhängender, sondern vollständig getrennter und noch dazu verschiedener Lautspreehertypen, nämlich eines Grossmembranlautsprechers, der haupt- sächlich für Niederfrequenzwiedergabe eingerichtet ist. und eines Hornlautspreehers für die Hochfrequenzwiedergabe, von denen also jeder seine eigene Antriebsspule und sein eigenes Membran-bzw. Hornsystem aufweist.
Es ist ferner auch schon vorgeschlagen worden, für die Schallabgabe mehrere durch biegsame Streifen miteinander zu einem konusmembranartigen Gebilde verbundene Zonen zu verwenden, von denen jede Zone für sich durch eine besondere Antriebsspule angetrieben wird, um eine Verteilung der Antriebskraft über die Membranfläche zu erzielen. Es handelt sich also auch hier um kein einheitliches zusammenhängendes Antriebssystem, sondern um mehrere vollständig voneinander getrennte Antriebsspulen.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand durch Ausführungsbeispiele schematisch veranschaulich. Fig. 1 zeigt im Schnitt eine Ausführungsform gemäss der Erfindung, bei welcher nachgiebige Mittel verwendet sind, um einen Teil des Membransystems mit dem Antriebssystem zu verbinden, das durch nachgiebige Kuppelmittel in Abschnitte unterteilt ist ; die Fig. 2 ist ein Schnitt durch einen dem der Fig. 1 ähnlichen Apparat, und sie zeigt auch schematisch einen geeigneten Erregerkreis
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Verbindungsglied aus einem Stoff bestehen, der nachgiebiger als der der Spulenformteile 34 und 35 ist.
Der Grad der Nachgiebigkeit der Kupplung 36 ist derart gewählt, dass die Kupplung sich verhältnis- mässig starr bei den niedrigeren Frequenzen, z.
B. bis zu 2000 Perioden, und verhältnismässig nachgiebig bei höheren Frequenzen, z. B. beträchtlich über 2000 Perioden, verhält, wenn der Membrankegel den üblichen Durchmesser von 20 cm hat. Die angegebenen Frequenzwerte hängen von der Gestalt des
Kegels ab und von dem Frequenzbereich, den es zu beherrschen gilt. Sie ändern sich einigermassen, wenn entweder die Form des Kegels oder der Frequenzbereich beträchtlich geändert wird.
Die Hoch-und die Niederfrequenzwicklungen 37 und 38 können, in Reihe oder parallel verbunden, von einer geeigneten Energiequelle, wie dem Ausgang eines Radioempfängers, gespeist werden. Es sind auch Mittel vorgesehen, um Hochfrequenzenergie von der Niederfrequenzwicklung abzuhalten. Dies trägt auch dazu bei, die elektrische Impedanz des Antriebssystems gleichmässiger als die einer einzigen
Schwingspulenwicklung zu halten. Im folgenden werden verschiedene Arten der Verbindung der Wicklungen 37 und 38 mit der Energiequelle durch geeignete, hohe bzw. niedere Frequenzen durchlassende Filter 39 bzw. 40 beschrieben.
Wenn Niederfrequenzenergie beiden Wicklungen oder der Niederfrequenzwicklung 38 allein zugeführt wird, so bewegt sich das Antriebssystem 31 als ganzes und überträgt Schwingungen auf das Membransystem. Wenn die Frequenz zunimmt, wird weniger Energie der Niederfrequenzwicklung 38 zugeführt, bis schliesslich bei don sehr hohen Frequenzen die Hochfrequenzwicklung 37 der einzige Teil der Antriebsspule 32 ist, der Energie erhält. Wenn die Hoehfrequenzwicklung 37 bei hohen Frequenzen erregt und in Schwingung versetzt wird, so bleibt der Niederfrequenzteil 35, 38 im wesentlichen in Ruhe infolge des Umstandes, dass die Kupplung 36 sehr nachgiebig für hohe Frequenzen ist und keine solchen
Schwingungen überträgt.
Dadurch wird die Masse des wirksamen Teiles des Antriebssystems wesentlich verringert, wenn die Frequenz der Schwingung zunimmt, und dies hat eine Zunahme des Frequenzbereiches zur Folge, über den der Lautsprecher anspricht. Bei Zwischenfrequenzen rührt ein grosser Teil der Antriebskraft von der Hochfrequenzwicklung 37 her, aber ein gewisser Teil wird auch von der Niederfrequenzwicklung 38 geliefert, da die nachgiebige Kupplung 36 bis zu einem gewissen Grade für Zwischenfrequenzen durchlässig ist und etwas Energie auf die Membran überträgt.
Wie Fig. 1 zeigt, ist die Hochfrequenzmembran 19 unmittelbar mit dem Hochfrequenzabschnitt 34, 37 des Antriebssystems verbunden, während die Niederfrequenzmembran 18 durch eine nachgiebige Kupplung 20 mit dem Antriebssystem verbunden ist. Bei niedrigen Frequenzen schwingt das Antriebssystem 31 als Ganzes und überträgt Schwingungen sowohl auf die Hochfrequenzmembran 19 als auch auf die Niederfrequenzmembran 18. Wenn die Frequenz der Schwingungen zunimmt, wird weniger Energie auf die Niederfrequenzmembran 18 wegen der nachgiebigen Kupplung übertragen. Zu gleicher Zeit erhält die Niederfrequenzwicklung 38 weniger elektrische Energie durch das weiter unten näher beschriebene elektrische Filter und schwingt infolgedessen in geringerem Masse.
Bei hohen Frequenzen schwingen die Hoehfrequenzmembran 19 und der Hochfrequenzteil 34, 37 im wesentlichen als ein Ganzes, während die Niederfrequenzmembran 18 und der Niederfrequenzteil 35, 38 entweder im wesentlichen in Ruhe bleiben oder nur in geringem Masse schwingen. Das Antriebssystem kann auch mit der gewöhnlichen kegelstumpfförmigen Membran verwendet werden, indem diese mit ihrer kleineren Basis mit dem Hochfrequenzteil 34, 37 starr verbunden wird.
In der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist die Niederfrequenzmembran 18 so ausgebildet, dass sie als Trichter oder akustischer Verstärker für die von der Hochfrequenzmembran 19 herrührenden Hochfrequenzschallwellen wirkt ; ihre Form kann so gewählt sein, dass die Querschnittsfläche des eingeschlossenen Luftraumes sich von der Hochfrequenzmembran 19 nach aussen exponential ändert.
Die nachgiebige Kupplung 36 besteht in diesem Falle in einer nach innen gerichteten Wellung. Das innere Polstück 10 ist bei 41 entsprechend ausgenommen, um eine Berührung zwischen der Kupplung 36 und dem Polstück zu verhüten. Das äussere Polstück 11 kann an dieser Stelle auch, wie bei 42, ausgenommen werden. Durch diese Ausnehmungen werden zwei Zonen mit gleichmässigen magnetischen Feldern geschaffen, von denen die eine sich zwischen dem oberen Teil 43 des zentralen Polstücks und dem oberen Teil 44 des äusseren Polstücks und die andere sieh zwischen dem tiefer gelegenen Teil 45 des zentralen Polstücks und dem entsprechenden Teil 46 des äusseren Polstücks erstreckt.
Dadurch, dass die Höhe der Spalte (am äusseren Polstück gemessen) für die gleichmässigen magnetischen Felder hinreichend klein im Vergleich zu der der Wicklungen 37 und 38 gehalten ist, so dass die Wicklungen sich auch in die nicht gleichmässigen Felder an den Enden der Spalte erstrecken, ist der die Wicklungen durchsetzende magnetische Fluss konstant und Verzerrung bei grossen Bewegungsamplituden vermieden.
Die Hoch-und die Niederfrequenzwicklung 37 und 38 sind in Reihe verbunden und von der Sekundären eines Transformators 47 gespeist, der mit einer geeigneten Quelle von Hörfrequenzen, wie dem Ausgangskreis eines Hörfrequenzverstärkers, verbunden ist. Ein Hochfrequenzpassfilter 39 ist in den Zuleitungen zur Hochfrequenzwicklung 37 und ein Niederfrequenzpassfilter 40 in den Zuleitungen zur Niederfrequenzwieldung 38 eingeschaltet.
Das Hochfrequenzpassfilter 39 besteht aus einem kapazitiven Reaktanzelement, das in eine der Zuleitungen eingeschaltet ist. und induktiven Reaktanzelementen, die zwischen die Zuleitungen zu
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der Schwingspule eine relative Bewegung auftritt, durch die die Drähte immer wieder gebogen und oft gebrochen werden. Diese Schwierigkeiten werden überwunden, wenn man die nachgiebige Verbindung oder Kupplung aus leitendem Stoff herstellt, sie in getrennte und elektrisch voneinander isolierte Längs- abschnitte unterteilt und die Enden der Niederfrequenzwicklung mit diesen Abschnitten verbindet.
Die an der Membran gelegenen Enden der Abschnitte werden dann in den Kreis eingeschaltet, der die
Energie der Wicklung zuführt.
In den Fig. 7 und 8 ist mit der Membran 112 ein Spulenkörper in der üblichen Weise verbunden, der aber aus leitendem Stoff besteht und durch zwei Längsschnitte oder-schlitze 734 in zwei halb- zylindrische Abschnitte 136 und 138 geteilt ist. Auf dem Spulenkörper sind Wicklungen 128 und 1 : : 30 wie bei dem Apparat der Fig. 1 angeordnet, und der Körper ist ebenso mit ringförmigen Wellungen 132 versehen, welche die nachgiebige Verbindung bilden. Ein Ende der Wicklung 128 ist mit dem halb- zylindrischen Abschnitt 136 und das andere Ende mit dem Abschnitt 138 verbunden. Die an der Membran gelegenen Enden der Abschnitte 136 und 138 sind mit entsprechenden Zuleitungen für die Energie versehen.
Wenn der ganze Spulenkörper aus einem leitenden Stoff besteht, so sind in der Regel Mittel erforderlich, um die zwei halbzylindrischen Teile in ihrer Lage zueinander festzuhalten. Dies kann durch zwei schmale Zylinder aus nichtleitendem Stoff bewirkt werden, die entweder innerhalb oder ausserhalb des Spulenkörpers angeordnet werden.
Die halbzvlindrisehen Abschnitte können auch dadurch in ihrer
Lage gehalten werden, dass sie auf einen geeigneten Kern aufgebracht, dann die Wicklungen 128 und 130 auf die Abschnitte gewunden und schliesslich Lack od. dgl. auf die Wicklungen und die Teile aufgetragen wird, so dass die Wicklung 128 mit den sie tragenden Teilen der Abschnitte 136 und 1. 38 und die Wicklung 180 mit den sie tragenden Teilen dieser Abschnitte zwei im wesentlichen starre Teile bilden mit der nachgiebigen Kupplung 182 zwischen denselben. Der Lack od. dgl. bietet zusätzlich noch den Vorteil, die Abschnitte 136 und 138 elektrisch voneinander und von andern Teilen des Systems zu isolieren. Es ist auch z.
B. sehr erwünscht, dass die Abschnitte 1. 36 und 138 hinreichend mit isolierendem Stoff bedeckt seien, so dass sie nicht beim Anstreifen gegen das innere oder äussere Polstück die Wicklung 128 kurzschliessen.
Es ist nicht notwendig, den ganzen Spulenkörper aus leitendem Stoff herzustellen, da die nachgiebige Kupplung 182 aus einem andern Stoff als die die Wicklungen tragenden Teile des Spulenkörpers gebildet werden kann. Es kann aber auch der ganze Spulenkörper aus einem isolierenden Stoff hergestellt und mit einem leitenden Überzug oder einer Lage aus leitendem Stoff, durch Längsschnitte oder-schlitze od. dgl. in Abschnitte unterteilt, versehen werden. Die Leiter können auch dadurch gebildet werden, dass Längsstreifen aus leitendem Stoff in einem Spulenkörper aus isolierendem Stoff eingebettet werden.
Es versteht sieh, dass die Abschnitte nicht halbzylindrisch sein müssen, sondern eine beliebige Form haben können, solange nur dabei zwei sich längs erstreckende Leiter gebildet werden. Überdies wird in manchen Fällen, z. B. wenn die Schwingspule in drei Teile, einen Hoch-, einen Mittel-und einen Niederfrequenzteil, unterteilt ist, der Spulenkörper in entsprechend viele Abschnitte geteilt, um eine Leitung für jede der von der Membran durch eine nachgiebige Kupplung getrennten Wicklungen vorzusehen.
Die Fig. 9 veranschaulicht eine der Leitungsanordnungen für die Erregung der Wicklungen 128 und 130. Die Wicklungen sind in Reihe verbunden, und die Wicklung 72 ist durch einen geeigneten Kondensator 740 für Hochfrequenz überbrückt. Bei dieser Anordnung werden die hohen Frequenzen an der Wicklung 128 vorbei abgeleitet, so dass sie nur von der Wicklung 1. 30 aufgenommen werden.
Anderseits gehen niedrige Frequenzen durch beide Wicklungen hindurch und bringen beide zum An- spreehen. Der Punkt 142 ist mit einem Ende der Wieklung 180 und einem Ende der Wicklung 128 verbunden. Die Energie wird an den zwei Klemmen 160 zugeführt.
Fig. 10 zeigt, wie die Enden der Wieklungen 128 und 130 mit den Abschnitten 1. 36 und 138 verbunden sind. wenn die Wicklungen in einem der Fig. 9 entsprechenden Kreis liegen. Die Zuleitungen für die Energie von der Quelle 162 sind mit 144 bezeichnet, sie sind durch geeignete Mittel, wie leichte Klammern 146 od. dgl., an der Membran 112 befestigt. Eine der Zuführungen 144 ist bei 148 mit einem Ende der Hochfrequenzwicklung 1. 30 und die andere Zuführung bei 150 mit dem Abschnitt 186 des Spulenkörpers verbunden. Das andere Ende der Wicklung 180 ist bei 152 an den Abschnitt 138 des Spulenkörpers angeschlossen. Die Enden der Spule 128 sind bei 154 bzw. 156 mit dem Abschnitt 136 bzw. 138 verbunden.
Der Stromweg durch die Wicklungen ist folgender : Von der Stromquelle 162 durch eine der Zuleitungen 144 zum Punkt 150, durch den leitenden Spulenkörperabsehnitt 186 zum Punkt 154, durch die Niederfrequenzwicklung 128 zum Punkt 1. 56 auf dem leitenden Abschnitt 188. durch den Abschnitt zum Punkt 152. durch die Hoehfrequenzwieklung 180 zum Punkt 148 und durch die andere Zuleitung 144 zurück zur Quelle 162. Der leitende Abschnitt 138 und die zwei Enden 152 und 156 entsprechen dem Punkt 142 in dem Kreis der Fig. 9.
Obwohl in Fig. 10 keine Verbindungen für das Anschalten des Kondensators 140 an die Nieder- frequenzwicklung 128 eingezeiehnet sind. so ist doch klar. dass der Kondensator in den Kreis geschaltet werden kann. indem man einfach seine Klemmen mit den Abschnitten 736 und 138 verbindet.
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Die Fig. 11-14 zeigen weitere Ausführungsformen gemäss der Erfindung ; sie stellen nur das schwingende System dar.
Das schwingende System besteht aus einem kegelstutzförmigen Schallerzeuger 205 und einem
Antriebsteil 206, der aus einem Spulenkörper 206 a und einer Antriebsspule 210 besteht. Statt den
Spulenkörper unmittelbar mit der kleineren Basis des Kegelstumpfes 205 zu verbinden, ist ein nach- giebiges Verbindungsglied 213 zwischen das Antriebssystem und die Membran geschaltet, das einen kurzen zylindrischen Halsteil 214 besitzt, der mit dem Spulenkörper verbunden ist, sowie einen flach- ringförmigen Teil 215 und einen an diesen anschliessenden konischen Teil 216, der mit der Membran verbunden ist. Der ringförmige Teil 215 kann glatt und undurchbrochen von entsprechender Stärke sein, um die erforderliche Nachgiebigkeit zu ergeben, oder durchbrochen oder in irgendeiner Art gewellt od. dgl., um seine Nachgiebigkeit zu erhöhen.
Statt eines Ringes der beschriebenen Art kann auch irgendein anderes nachgiebiges Kupplungsglied zwischen dem Schallerzeuger 205 und dem Antrieb 206 des schwingenden Systems verwendet werden, das die Wirkung hat, das Ansprechen auf Hochfrequenz in entsprechender Weise in gewissen Lagen der Schallwiedergabe zu beeinflussen.
Das Glied 213 der Fig. 11 kann auch als Fortsetzung der Membran 205 oder des Spulenkörpers 206 oder der Spinne 229 ausgebildet sein.
Die Fig. 12 zeigt eine Ausführungsform, bei der eine Masse 220 in das schwingende System an der
Konusseite des Kupplungsgliedes eingeführt ist. Das Kupplungsglied 221 ist gleich dem Kupplungs- glied 213, enthält aber noch einen Teil 220, der den doppelten Zweck hat, einen Flanseh, an dem der
Konus 205 befestigt ist, und eine Masse zur Führung des Konus zu bilden. Die Masse 220 kann auch in Form eines gesonderten Bestandteiles entweder an dem Kupplungsglied oder unmittelbar an dem
Konus in der Nähe der Kupplung befestigt sein. Durch die Belastung des Konus durch die Masse 220 wird eine scharfe Frequenzblockierung eingeführt, die durch geeignete Wahl der Werte der Kupplung und der Masse entweder auf eine höhere oder auf eine tiefere Frequenz als die des in Fig. 11 dargestellten
Systems verlegt werden kann.
Bei manchen akustischen Apparaten ist eine scharfe Blockierung bei einer bestimmten Frequenz sehr erwünscht.
In Fig. 13 ist die Kupplung zwischen Antrieb und Schallwiedergeber durch ringförmige
Wellungen 232 in dem Konus 233 nahe der Verbindungsstelle mit dem Spulenkörper 234 bewerkstelligt.
In der in Fig. 14 dargestellten Ausführungsform ist die Kupplung zwischen Spulenkörper und Membran verteilt. Im Spulenkörper 235 sind eine oder mehrere ringförmige Wellungen 236 an seinem an der Membran liegenden Ende gebildet. Auch die Membran 237 weist an ihrem unmittelbar mit dem
Spulenkörper 235 verbundenen Ende ringförmige Wellungen 238 auf.
Es versteht sich, dass auch irgendeine andere geeignete Form einer nachgiebigen Kupplung zwischen dem Spulenkörper und dem Membransystem verwendet werden kann.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Akustischer Apparat der elektrodynamischen (Sehwingspulen-) Bauart, gekennzeichnet durch ein mit einem einheitlichen Sehallabgabesystem zusammenwirkendes einheitliches Antriebssystem (Sehwingspule od. dgl. ), das in mindestens zwei unabhängig voneinander schwingbare Teile oder Ab- schnitte unterteilt ist, die für die Aufnahme verschiedener Frequenzbänder bestimmt bzw. ausgebildet sind, und durch Mittel, wie Filter od. dgl., die bewirken, dass jedem Abschnitt des Antriebssystems im wesentlichen nur das Frequenzband zugeführt wird, für das er bestimmt ist.