AT414199B

AT414199B - SPEAKER MEMBRANE WITH STEEL RIBBON STRUCTURE

Info

Publication number: AT414199B
Application number: AT21802004A
Authority: AT
Original assignee: Gansterer Peter
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2006-10-15
Also published as: ATA21802004A

Description

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AT 414 199 BAT 414 199 B

Die Erfindung bezieht sich auf neuartige Lautsprechermembranen, die durch gezielten Einsatz von Rippen bzw. eines Rippengerüsts die Eigenschaften einer Lautsprechermembran optimiert, und die das Masse/Steifigkeitsverhältnis perfektioniert, indem sie die überlegen hohe Steifigkeit mit niedrigem Gewicht verbindet. 5The present invention relates to novel speaker diaphragms that optimize the properties of a loudspeaker diaphragm by the selective use of ribs, and which perfect the mass / stiffness ratio by combining the superior low-rigidity stiffness. 5

Die Lautsprechermembran wird von vielen Wissenschaftern explizit als das wichtigste Bauteil für den Klang eines Lautsprechers definiert. Vergleiche beispielsweise Tenbusch, Grundlagen der Lautsprecher, „Die wohl größte Wirkung auf die Klangqualität eines Lautsprechers hat die Membran“, oder Schwamkrug, Lautsprecher - Dichtung und Wahrheit, „Das wichtigste Bauteil io bei jedem Lautsprecherchassis ist die Lautsprechermembran“. Bis dato wurden Lautsprechermembranen in den allermeisten Fällen aus einer Schicht hergestellt. Folglich sind diese sehr unstabil und weisen zahlreiche verschiedene Verformungen auf. Weiters konnten derartige Lautsprechermembranen schlecht an unterschiedliche Einsatzzwecke angepaßt werden, und mußten vor Fertigung zu unterschiedlichen Einsatzzwecke entwickelt werden. 15The loudspeaker membrane is explicitly defined by many scientists as the most important component for the sound of a loudspeaker. Compare for example Tenbusch, fundamentals of the loudspeakers, "probably the biggest effect on the sound quality of a loudspeaker has the membrane", or Schwamkrug, loudspeaker - seal and truth, "the most important component io with each loudspeaker chassis is the loudspeaker membrane". To date, loudspeaker membranes have in most cases been made from one layer. Consequently, they are very unstable and have many different deformations. Furthermore, such speaker membranes were poorly adapted to different applications, and had to be developed before production for different purposes. 15

Die vorliegende Erfindung zielt nun darauf ab, eine verbesserte Lautsprechermembran zur Verfügung zu stellen, welche schnell und einfach an unterschiedlichste Anforderungen und für die verschiedensten Einsatzzwecke anpassbar ist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Lautsprechermembran im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die Lautsprechermembran mit 20 wenigstens einer Verstärkungsrippe ausgebildet ist, wobei diese wenigstens eine Versteifungsrippe mit der Deckschicht einstückig verbunden ist, insbesondere durch ein Spritzgußverfahren, aus spritzgießfähigen Materialien, insbesondere Kunststoffen und Metallen. Dadurch, dass die neue Lautsprechermembranen aus einer Deckschicht mit einer beliebig ausgeführten Versteifungsrippenstruktur bzw. beliebig ausgeführtem Rippengerüst ausgebildet ist können die Eigen-25 schäften der Lautsprechermembran an die unterschiedlichsten Anforderungen und Einsatzzwecke angepasst werden. Im Einzelnen kann damit die mit Abstand wichtigste Determinante für die Qualität einer Lautsprechermembran, nämlich das Masse/ Steifigkeitsverhältnis fast beliebig eingestellt werden. Das Steifigkeitsverhältnis ist die wichtigste Determinante einer Lautsprechermembran. Somit sind die zwei wichtigsten Parameter definiert - die Steifigkeit und das 30 Gewicht, nebst ihrer Interaktion.The present invention now aims to provide an improved speaker diaphragm which is quickly and easily adaptable to a wide variety of requirements and for a wide variety of applications. To achieve this object, the loudspeaker membrane is essentially characterized in that the loudspeaker membrane is formed with at least one reinforcing rib, wherein said at least one reinforcing rib is integrally connected to the cover layer, in particular by an injection molding process, from injection-moldable materials, in particular plastics and metals. Due to the fact that the new loudspeaker membranes are formed from a cover layer with an arbitrarily designed stiffening rib structure or any desired ribbed framework, the natural volumes of the loudspeaker membrane can be adapted to the most varied requirements and intended uses. Specifically, by far the most important determinant for the quality of a loudspeaker diaphragm, namely the mass / stiffness ratio, can be adjusted almost as desired. The stiffness ratio is the most important determinant of a loudspeaker diaphragm. Thus, the two most important parameters are defined - the stiffness and the weight, together with their interaction.

Erklärungen der Physik von Lautsprechermembranen beginnen üblicherweise mit der theoretischen Diskussion des Abstrahlverhaltens eines axial erregten unendlich steifen Kolbens. Reale Lautsprechermembranen sind nicht unendlich steif, sondern verformen sich unter der dynami-35 sehen Belastung mit einer Schwingspule. Diese Verformung der Membran hat einen sehr kritischen Einfluss, unter anderem auf den Wirkungsgrad, die Kurve für den Wiedergabefrequenzgang und das räumliche Abstrahlverhalten des Chassis. Die verschiedenen Arten der Verformung während einer Anregung werden als "Schwingungsmoden" bezeichnet. Die Schwingungsmoden werden in zwei Klassen eingeteilt - radiale und konzentrische Moden. Radiale 40 Moden erstrecken sich vom Zentrum der Membran zum äußeren Rand d.h. die Wellenberge und Wellentäler gehen radial nach außen, konzentrische Moden formen eine Ansammlung von Wellen, die um das Erregerzentrum der Membran angeordnet sind d.h. die Wellenberge und Wellentäler verlaufen konzentrisch um den Lautsprechermembran Mittelpunkt. Die Zahl der Wellen variiert mit der Erregerfrequenz. Bei einer Veränderung der Erregerfrequenz erfolgen 45 Reflexionen einzelner Wellen von den Membranrändern, wodurch ein Interferenzmuster auf der Membran entsteht. Die Wellen sind nur zu einem Teil gleichphasig mit der Bewegung der Schwingspule, zum anderen Teil gegenphasig. Diese Partialschwingungen resultieren in einem komplexen Zusammenhang von Addition und Auslöschung, der viele Anhebungen und Absenkungen in der Wiedergabekurve des Lautsprechers verursacht. 50Explanations of the physics of loudspeaker membranes usually begin with the theoretical discussion of the radiation behavior of an axially excited, infinitely stiff piston. Real speaker diaphragms are not infinitely stiff, but deform under the dynamic load with a voice coil. This deformation of the diaphragm has a very critical impact, among other things on the efficiency, the curve for the playback frequency response and the spatial radiation behavior of the chassis. The various types of deformation during excitation are referred to as " vibration modes " designated. The vibration modes are divided into two classes - radial and concentric modes. Radial 40 modes extend from the center of the diaphragm to the outer edge, i. the wave crests and troughs go radially outward, concentric modes form a collection of waves that are located around the exciter center of the membrane, i. the wave crests and troughs run concentrically around the loudspeaker diaphragm center. The number of waves varies with the excitation frequency. With a change in the exciter frequency, 45 reflections of individual waves occur from the membrane edges, whereby an interference pattern is formed on the membrane. The waves are only in part in phase with the motion of the voice coil, on the other hand in antiphase. These partial vibrations result in a complex relationship of addition and cancellation that causes many increases and decreases in the loudspeaker's playback curve. 50

Zusammengefasst sind die Vorteile hoher Steifigkeit gegenüber geringerer Steifigkeit: • Vermeidung von unerwünschten Schwingungsmoden bzw. Partialschwingungen • Höherer Wirkungsgrad 55 · Geringere Verzerrungen 3In summary, the advantages of high rigidity against lower stiffness are: • Avoidance of unwanted vibration modes or partial vibrations • Higher efficiency 55 · Less distortion 3

AT 414 199 B • Kürzeres und frequenzunabhängigeres Ausgleichsverhalten, nämlich Ein- und Ausschwingverhalten) • Vermeidung des Zurückgehens der Schwingungsintensität in der Nähe des Rands der Lautsprechermembran, die durch den Widerstand der zurückhaltenden Sicke entsteht. 5AT 414 199 B • Shorter and more frequency-independent compensation behavior, namely on and off-swing behavior) • Prevents the oscillation intensity from decreasing near the edge of the loudspeaker diaphragm due to the resistance of the restrained bead. 5

Eine Membran mit hoher Steifigkeit vermindert bzw. vermeidet die negativen Effekte, die durch Verformungen unter axialer Schwingbelastung zustande kommen.A membrane with high rigidity reduces or avoids the negative effects that result from deformations under axial vibration load.

Gemäß einer Weiterbildung ist die wenigstens eine Versteifungsrippe radial und/oder ringförmig io ausgebildet. Durch eine derartige Ausbildung gelingt es neben der drastischen Erhöhung der Grundsteifigkeit, die radialen Moden bzw. die konzentrischen Moden zu unterdrücken oder zu eliminieren. Für eine Verringerung bis zur Vermeidung der Verformung unter axialer Schwingbelastung ist 15 das Masse/Steifigkeitsverhältnis hauptausschlaggebend, und neben der eben ausgeführten Steifigkeit ist die Masse die zweite Determinante. Abgesehen vom idealisierten Prinzip eines massefreien und somit trägheitsfreien idealen Wandlers d.h. keine zu bewegende mechanische Masse, ist die Minimierung des Eigengewichtes aus zahlreichen Vorteilen heraus anzustreben: 20 · Verringerung der Massenträgheit: Bei einer Erregung der Membran versucht diese zufolge der Massenträgheit „in Ruhe“ zu verharren. Die Schwingspule muss die Membran gegen ihren „physikalischen Willen“ in axialer Richtung bewegen. Dies führt zu einer flächigen Deformation der Lautsprechermembran, welche mit steigendem Gewicht und sinkender Steifigkeit immer größer wird. Die Massenträgheit führt nicht zuletzt auch zu bedeutenden klangli-25 chen Resultaten: Ein herausragendes Masse/Steifigkeitsverhältnis macht auch die Impulswiedergabe des Lautsprechers herausragend, was bei Klangbewertungen meist zu Aussagen wie lebendiges, frisches Klangbild und extrem „schnelle“ Wiedergabe führt. • Die Verringerung der Masse ermöglicht eine höhere Beschleunigung der Membran, und kann feine komplexen Impulsen im Musiksignal besser folgen. 30 · Wirkungsgrad: Durch die Massenträgheit der Membran geht der größte Teil der Leistung, die der Verstärker an den Lautsprecher liefert, verloren. Ein generelles Beispiel zur Veranschaulichung ist: Kraft ist Masse mal Beschleunigung (F=ma). Wird die Beschleunigung a vorgegeben führt eine größere Masse m zu einer größeren Kraft F und diese zu einem erhöhten Energieverbrauch. 35 · Eine Erhöhung des Wirkungsgrads eines Lautsprecher hat den weiteren Vorteil einer erhöh ten elektrischen Belastbarkeit, da die Schwingspule mit weniger Spannung/ Strom beansprucht wird, was insbesondere in Public Address Anwendungen ein Problem darstellt. • Durch die Vorteile der Verringerung der Masse können andere Teile des Schwingungssystems Lautsprecher verbessert werden, wie Magnetfeldoptimierung, verbesserte Magnetssys- 40 teme durch reduzierten Antriebskraftbedarf, Optimierung der Schwingspule nach anderen Qualitätsgesichtspunkten als der Belastbarkeit etc.According to a development, the at least one stiffening rib is formed radially and / or annularly io. Such a design makes it possible, in addition to drastically increasing the basic stiffness, to suppress or eliminate the radial modes or the concentric modes. For a reduction to avoid deformation under axial vibration load, the mass / stiffness ratio is the main determinant, and besides the stiffness just described, the mass is the second determinant. Apart from the idealized principle of a mass-free and thus inertia-free ideal converter, i. no mechanical mass to be moved, the minimization of its own weight is to be striven for numerous advantages: 20 · Reduction of the inertia: When the diaphragm is excited, it tries to remain "at rest" as a result of the inertia. The voice coil must move the diaphragm against its "physical will" in the axial direction. This leads to a flat deformation of the speaker diaphragm, which becomes larger and larger with increasing weight and decreasing rigidity. The inertia leads not least to significant klangli-25 Chen results: An outstanding mass / stiffness ratio also makes the pulse reproduction of the speaker outstanding, which leads in sound ratings mostly to statements such as vibrant, fresh sound and extremely "fast" playback. • The reduction in mass allows for faster acceleration of the diaphragm, and can better follow fine complex pulses in the music signal. 30 · Efficiency: Due to the inertia of the diaphragm, most of the power supplied by the amplifier to the loudspeaker is lost. A general example to illustrate is: force is mass times acceleration (F = ma). If the acceleration a is given, a larger mass m leads to a greater force F and this leads to an increased energy consumption. 35 · Increasing the efficiency of a loudspeaker has the further advantage of increased electrical load capacity, since the voice coil is subjected to less voltage / current, which is a problem especially in public address applications. • The advantages of reducing mass can be used to improve other parts of the vibration system, such as magnetic field optimization, improved magnet systems due to reduced drive power requirements, optimization of the voice coil according to quality aspects other than load capacity, etc.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels erläutert. Hiebei kann man gezielt Rippen auf gegebene Membranen setzen, man kann aber auch beispielsweise jede neue zu er-45 zeugende Lautsprechermembran von Anfang an gezielt planen. Dies beschreibt das folgende Beispiel.The invention will be explained below with reference to an example. Hiebei you can set specific ribs on given membranes, but you can also plan, for example, each new to convincing loudspeaker cone from the beginning targeted. This describes the following example.

Wie oben dargelegt, ist es das Ziel, die Steifigkeit zu erhöhen, und die Masse zu verringern. Bei der Planung einer neu zu erzeugenden Lautsprechermembran zu einem bestimmten Einsatz 50 verbessert das vorliegende System nicht nur einen Teil der Lautsprechermembran oder nur einen Teil der Parameter der sie determinierenden Qualität, sondern ein großer Vorteil unseres Systems liegt in der sich gleichzeitig bedingenden Lösung für beide Hauptfaktoren, sowohl der Steifigkeit, als auch des Gewichtes. Man erkauft sich viel Steifigkeit nicht mit viel Masse. Hier wird mit Hilfe von Leichtbauprinzipien die Masse/Steifigkeit kontrolliert. Es gibt keine Kompro-55 misse, die einen spezifischen Vorteil mit einem spezifischen Nachteil an anderer Stelle bedin- 4As stated above, the goal is to increase stiffness and reduce mass. When designing a new speaker diaphragm to be used in a particular application 50, the present system not only improves part of the loudspeaker diaphragm or only part of the parameters of its determinative quality, but a major advantage of our system is the simultaneous solution for both major factors , both the stiffness and the weight. You do not buy much rigidity with a lot of mass. Here, the mass / rigidity is controlled by means of lightweight construction principles. There are no compromises that require a specific advantage with a specific disadvantage elsewhere

AT 414 199 B gen, sondern vorteilhafterweise eine freie und beliebige Einstellung des Masse/Steifigkeits-verhältnis.AT 414 199 B gene, but advantageously a free and arbitrary adjustment of the mass / stiffness ratio.

Dieses System gilt für jede Lautsprechermembran, insbesondere ist die Anwendbarkeit für 5 Flachmembranen ideal, denn diese Form der Lautsprechermembran ist das Optimum für klang-treue Wiedergabe, hat aber ihr größtes Problem in der geringen Steifigkeit. Daher demonstrieren wir die genaue technische Beschreibung anhand der Flachmembran.This system is ideal for any speaker cone, in particular, the applicability is ideal for 5 flat membranes, because this form of speaker membrane is the optimum for sound-faithful reproduction, but has its biggest problem in the low stiffness. Therefore, we demonstrate the exact technical description based on the flat membrane.

Eine Flachmembran kommt dem Ideal des kohärent arbeitenden Schallwandlers sehr nahe, io auch im Sinne des idealisierten Kolbens. Hierbei wird eine plane Fläche von der Schwingspule angetrieben. Solch eine Konstruktion hat unübersehbare Vorteile, denn alle Frequenzen werden von der gesamten effektiven Membranoberfläche abgestrahlt. Es gibt keine Phasenverschiebungen wie z.B. bei den Konus- und Kalottenlautsprechern, und es tritt eine gleichmäßigere Abstrahlung über den gesamten Frequenzbereich auf, da alle Anteile der Membran arbeiten. 15 Daraus resultieren auch niedrigere Verzerrungen, weil keine gegenphasig schwingenden Anteile vorhanden sind. Nachteil einer Flachmembran ohne Verstärkungsrippen ist die sehr geringe Biegesteifigkeit über die Form. Diese quasi ideale Lautsprechermembran hat dadurch den Fehler, extrem hohe Schwingungen zu produzieren. Dieser Nachteil der äußerst geringen Steifigkeit einer nicht verstärkten Flachmembran prädestiniert diese für unsere vorliegende Techno-20 logie.A flat membrane comes very close to the ideal of the coherently working transducer, io also in the sense of the idealized piston. In this case, a plane surface is driven by the voice coil. Such a construction has obvious advantages because all frequencies are radiated from the entire effective membrane surface. There are no phase shifts such as at the cone and dome speakers, and there is a more uniform radiation over the entire frequency range, since all parts of the membrane work. 15 This also results in lower distortions because there are no antiphase vibrating fractions. Disadvantage of a flat membrane without reinforcing ribs is the very low bending stiffness over the shape. This quasi-ideal loudspeaker diaphragm thus has the error to produce extremely high vibrations. This disadvantage of the extremely low rigidity of a non-reinforced flat membrane predestines it for our present techno-logy.

Zur Veranschaulichung, welchen Einfluss das Aufbringen von Rippen auf das Mas-se/Steifigkeitsverhältnis einer Lautsprechermembran hat, ist in Fig. 1 anhand eines Beispiels eines Kragträgers mit Einzellast durchgerechnet. Für die beispielhafte Durchrechnung zur De-25 monstration des Ausmaßes der Steifigkeitserhöhung verwenden wir a=5 mm, b=5 mm, c=1 mm, d=5 mm, e=0,5 mm.To illustrate what effect the application of ribs has on the mass / stiffness ratio of a loudspeaker diaphragm is calculated in FIG. 1 by means of an example of a cantilever with single load. For the exemplary calculation for demonstrating the extent of the increase in stiffness, we use a = 5 mm, b = 5 mm, c = 1 mm, d = 5 mm, e = 0.5 mm.

Vergleich der Durchbiegung zweier Kragträger mit Endlast und unterschiedlicher Querschnittsform: Die Durchbiegung des in Fig. 1 dargestellten Kragträgers mit und ohne Versteifungsrippe 30 unter der Kraft folgt aus: f =Comparison of the deflection of two cantilever beams with end load and different cross-sectional shape: The deflection of the cantilever beam shown in Fig. 1 with and without stiffening rib 30 under the force follows: f =

Fl2fl2

3 EL f ... Durchbieauna Träaerende F ... Kraft am Trägerende / ... Trägerlänge E ... Elastizitäts Modul ly ... Flächenträgheitsmoment 35 40 45 503 EL f ... Durchbieauna Träaerende F ... Force at the end of the beam / ... Beam length E ... Modulus of elasticity Moduli ... Moment of inertia 35 40 45 50

Unter der Annahme gleicher Querschnittsflächen, gleichen Materials und gleicher Trägerlängen in beiden Fällen folgt für den Unterschied in den Durchbiegungen fmaversteitunc/fohneversteifung = 35,87. Das heißt der mit einer Rippe verstärkte Träger ist bei gleichem Gewicht 35,87-mal steifer als der Träger ohne Versteifungsrippe. Für die Demonstration der relevanten Formeln im Leichtbau haben wir hier eine konkrete Durchrechnung durchgeführt, um die Steifigkeitserhöhung bzw. mögliche Massenverringerung vor Augen zu führen. In diesem beliebigen Beispiel Figur 1 ergibt sich durch eine Rippe eine mehr als 35fache Versteifung. Dieser einfache Vergleich zeigt die immense mögliche Steifigkeitssteigerung bei gleicher Masse beider Kragträger. Folglich kann man auch bei einer Beibehaltung der Steifigkeit eine sehr hohe Gewichtseinsparung am System vornehmen. Mit diesem einfachen Beispiel wird auch einer der Hauptvorteile einer Membran mit Rippengerüst aufgezeigt. Je nach Anzahl und Art der Rippen kann man die Parameter Steifigkeit und Masse steuern d.h. dieses Systems weist auch in dieser Hinsicht extreme Flexibilität auf. 55 5Assuming identical cross-sectional areas, same material and carrier lengths in both cases, fmaversteitunc / fohneversteifung = 35.87 follows for the difference in deflections. That is, the rib-reinforced carrier is 35.87 times stiffer than the carrier without the stiffening rib at the same weight. For the demonstration of the relevant formulas in lightweight construction, we have carried out a concrete calculation in order to demonstrate the increase in rigidity or possible mass reduction. In this example, Figure 1 results from a rib more than 35 times stiffening. This simple comparison shows the immense possible increase in stiffness with the same mass of both cantilevers. Consequently, one can make a very high weight saving on the system even while maintaining the rigidity. This simple example also highlights one of the key benefits of a ribbed membrane. Depending on the number and type of ribs, one can control the parameters of stiffness and mass, i. This system also has extreme flexibility in this regard. 55 5

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Fig. 2 zeigt ein beliebiges Beispiel einer Versteifungsrippenstruktur auf einer Lautsprechermembran, insbesondere Flachmembran, Lautsprechermembran, welche aus den folgenden Hauptkomponenten: Deckschicht (1), innere Ringrippe (2), äußere Ringrippe (3), mittlere Ring-rippe(n) (4), radiale Versteifungsrippen (5). Es muss betont werden, dass die Versteifungsrip-5 penstruktur gemäß der Erfindung beliebige Formen annehmen kann, und z.B. je nach Größe und z.B. je nach Materialwahl optimiert werden kann. Die gezeigten Rippen zeigen bereits eine sehr hohe Versteifung, die innere Ringrippe, die äußere Ringrippe, die mittlere Ringrippe und die radiale Versteifungsrippen können müssen nicht unbedingt einzeln oder als gesamtes verwendet werden. Ziel der Rippenstruktur ist die Erhöhung der Steifigkeit - hier der Biegesteifig- io keit - der Membran, oder die Reduktion der Masse. Zur Erhöhung der globalen wie auch lokalen Steifigkeit werden Rippen, wie unten beschrieben, eingesetzt. Generell verringert das Anbringen der Rippen die Neigung, sich bei einer dynamischen Belastung global oder lokal durch zu biegen. Die dynamische Belastung kommt aus der axialen Erregung mit einer magnetischen Spule in der Membranmitte, sowie zufolge der Befestigung der Membran an den Rändern. 15 Unter globaler Durchbiegung versteht man die Deformation der gesamten Membran (radiale und konzentrische Moden). Unter lokaler Durchbiegung die Deformation zwischen den einzelnen Versteifungsrippen. Eine gezielte Veränderung der Anbringung von Rippen in den unterschiedlichsten Richtungen und somit verbundene Veränderung der Größe der Bereiche zwischen den Rippen verändert direkt das globale und lokale Schwingverhalten der Membran. Eine 20 Veränderung der Steifigkeit führt neben der unterschiedlichen globalen und lokalen Durchbiegung auch zu einer Veränderung des erzwungenen bzw. freien Eigenschwingverhaltens.2 shows an example of a stiffening rib structure on a loudspeaker membrane, in particular flat membrane, loudspeaker membrane, which consists of the following main components: cover layer (1), inner annular rib (2), outer annular rib (3), middle annular rib (s) (4 ), radial stiffening ribs (5). It must be emphasized that the stiffening rib structure according to the invention can take any shape, and e.g. depending on size and e.g. can be optimized depending on the choice of material. The ribs shown already show a very high stiffening, the inner ring rib, the outer ring rib, the middle ring rib and the radial stiffening ribs may not necessarily be used individually or as a whole. The aim of the rib structure is to increase the rigidity - in this case the bending stiffness - of the membrane, or to reduce the mass. To increase global as well as local stiffness, ribs are used as described below. Generally, the attachment of the ribs reduces the tendency to bend globally or locally under dynamic loading. The dynamic loading comes from the axial excitation with a magnetic coil in the middle of the membrane, as well as the attachment of the membrane at the edges. 15 Global deflection is defined as the deformation of the entire membrane (radial and concentric modes). Under local deflection, the deformation between the individual stiffening ribs. A targeted change in the placement of ribs in different directions and thus related change in the size of the areas between the ribs directly changes the global and local vibrational behavior of the membrane. A change in stiffness leads not only to the different global and local deflection but also to a change in the forced or free natural vibration behavior.

Fig. 2 stellt nur eine Prinzipskizze dar. Die Membran kann mit oder ohne Loch in der Mitte ausgeführt werden. Der Durchmesser der Membran ist ebenfalls frei wählbar. 25Fig. 2 shows only a schematic diagram. The membrane can be designed with or without a hole in the middle. The diameter of the membrane is also freely selectable. 25

Rippenstruktur: Die Rippen stehen unter einem frei optimierbaren Winkel auf die Deckschicht (1). Die Rippen können sich nach innen bzw. außen in der Höhe verändern. Die Anzahl der Radial- und Mittenrippen ist beliebig. 30 Die Form der Rippen kann jede beliebige Form annehmen. Als beliebige Beispiele sind in Figur 3 einige Querschnittflächen von offenen und geschlossenen Profilen dargestellt. Die Beispiele auf der Zeichnung sind: einfacher vertikaler Steg (a), Steg mit ein oder beidseitigem horizontalen Steg (b), vertikaler Steg mit Materialanhäufung an der Enden (c) in Rechteck, Dreieck oder Kreisform und geschlossene Profile in Dreieck und Viereckausführung (d). 35Rib structure: The ribs are at a freely optimizable angle on the cover layer (1). The ribs can change in height or inwards or outwards. The number of radial and center ribs is arbitrary. The shape of the ribs can take any shape. As any examples, some cross-sectional areas of open and closed profiles are shown in FIG. Examples on the drawing are: simple vertical bar (a), bar with one or both sides horizontal bar (b), vertical bar with accumulation of material at the ends (c) in rectangle, triangle or circle shape and closed profiles in triangle and quadrangle (i.e. ). 35

Die Rippenhöhe, Rippenwandstärke, Rippenverjüngung, Deckschichtdicke(n), Rippentopologie und Rippenprofil wird mit einem numerischen Simulationswerkzeug z.B. Finite Elemente Methode optimiert. Die hohe Flexibilität dieser vorgestellten Membranbauweise lässt die Parameter frei einstellbar. Diese können je nach gewünschtem Masse/Steifigkeitsverhältnis optimiert wer- 40 den. Eine numerische Methode wie die Finite Elemente Methode ermöglicht eine praktisch sinnvolle Realisierbarkeit dieser Art einer Lautsprechermembran.The fin height, fin wall thickness, fin taper, cover layer thickness (s), rib topology, and fin profile are measured using a numerical simulation tool, e.g. Optimized finite element method. The high flexibility of this presented membrane construction allows the parameters to be freely adjustable. These can be optimized depending on the desired mass / stiffness ratio. A numerical method like the finite element method allows a practically meaningful realizability of this kind of loudspeaker diaphragm.

Die Rippen verlaufen an den beiden Enden in Umfangsrichtung (konzentrische Ringrippe). Weiters können sich zwischen äußerer und innerer Ringrippe (2) (3) weitere Ringrippen (4) 45 befinden. Zusätzlich zu diesen in Umfangrichtung angeordneten Rippen verlaufen radiale Rippen nach außen. Die Rippenhöhe ist ebenfalls variabel, und kann als praktisches Beispiel von 1 mm Höhe bis zu 20 mm (extrem hohe Steifigkeit) und mehr reichen, und ist nur von der Konstruktion des Lautsprechers (z.B. Korb) begrenzt. Weiters kann sich die Rippe auch nach außen hin verjüngen (vorteilhaft). 50The ribs extend at the two ends in the circumferential direction (concentric annular rib). Furthermore, between the outer and inner annular rib (2) (3) further annular ribs (4) 45 are located. In addition to these circumferentially arranged ribs, radial ribs extend outwards. The fin height is also variable, and may range as a practical example from 1 mm height to 20 mm (extremely high rigidity) and more, and is limited only by the construction of the speaker (e.g., basket). Furthermore, the rib can also taper outward (advantageous). 50

Abschließend können die Rippen zwischen äußerer und innerer Ringrippe in einer beliebigen Richtung verlaufen, d.h. weder radial noch in Umfangsrichtung. Diese „generische“ Rippentopologie folgt aus einer Optimierung der Membran hinsichtlich Steifigkeit und Gewicht mittels einer numerischen Berechnungsmethode. 55 6Finally, the ribs between the outer and inner annular ribs may be in any direction, i. neither radially nor circumferentially. This "generic" rib topology follows from an optimization of the membrane in terms of stiffness and weight using a numerical calculation method. 55 6

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Ein weiteres ideales Anwendungsgebiet im speziellen der Flachmembran ist die Koaxialtechnologie, bei der der Hochtöner in der Mitte platziert wird, im freien Raum der Schwingspule. Der große Vorteil ist unter anderem, dass die übliche Konusform eine Trichterführung für den Hochtöner darstellt, der in unregelmäßigem Amplitudengang und klanglichen Verfärbungen resultiert. 5Another ideal application in the flat membrane in particular is the coaxial technology, in which the tweeter is placed in the middle, in the free space of the voice coil. The big advantage is, among other things, that the usual cone shape represents a funnel guide for the tweeter, resulting in irregular amplitude response and tonal discoloration. 5

Die optimale Herstellungsweise der erfindungsgemäßen Lautsprechermembran ist das Spritzgußverfahren. Das gleichzeitige Herstellen der Deckschicht mit den Rippen aus einem Stück ermöglicht die optimale Verbindung zwischen den beiden Elementen. Die Rippe(n) entstehen also in einem Arbeitsschritt bei der Herstellung der Membran. Weiters kann durch die Form des io Spritzgußwerkzeugs auch die vorher durch Berechnungsmethoden definierte beliebige Form der der Rippe(n) erzeugt werden. Auch die Deckschicht kann dadurch optimal definiert erzeugt werden, denn diese kann über den gesamten Bereich konstant sein, aber auch variabel in den einzelnen Bereichen zwischen den Rippen sein. 15 Das Spritzgußverfahren ermöglicht auch die kostengünstige Industrieserienfertigung in beliebiger Stückzahl in schnellster Herstellung.The optimum method of production of the loudspeaker membrane according to the invention is the injection molding process. The simultaneous production of the cover layer with the ribs in one piece allows the optimal connection between the two elements. The rib (s) thus arise in one step in the production of the membrane. Furthermore, the form of the io injection molding tool can also be used to generate any shape of the rib (s) previously defined by calculation methods. Also, the cover layer can be generated optimally defined, because this can be constant over the entire range, but also be variable in the individual areas between the ribs. 15 The injection molding process also enables the cost-effective industrial series production in any quantity in the fastest production.

Dieses Prinzip der Lautsprechermembran mit Stützgerüst bietet aber auch den Vorteil, jede vorhandene Lautsprechermembran mit einem gesondert ausgebildeten Gerüst beispielsweise 20 durch Verkleben, Schweißen, Ätzen und dergleichen fest zu verbinden, und so zu all den eben erwähnten drastischen Verbesserungen zu kommen.However, this principle of the loudspeaker membrane with scaffold also offers the advantage of firmly connecting any existing loudspeaker membrane with a separately formed framework, for example by gluing, welding, etching and the like, and thus to come to all the drastic improvements just mentioned.

Gemäß einer Weiterbildung des Prinzips der Lautsprechermembran mit Stützgerüst ist ein großer Vorteil von Rippen aber auch die Möglichkeit, durch nachträgliches Setzen einer oder 25 mehrerer Rippen die Eigenschaften der Membran gezielt zu modifizieren, insbesondere meßtechnisch und klanglich. Nachfolgend die Vorteile, wenn man wenigstens eine Rippe nachträglich anbringt und damit der Entwickler die Meßtechnik und den Klang auf seine gewünschte Lautsprecherabstimmung modifizieren kann. Durch die Weiterbilding der Lautsprechermembran durch eine oder mehrere Rippen gelingen dramatische Verbesserungen, und können Probleme 30 wie Resonanzen oder Deformationen vermieden werden. Solcherlei Vorteile durch Rippe(n) bzw. Verminderungen oder Vermeidungen sind beispielsweise: • Meßtechnische Veränderung des Lautsprechers durch gezielte Verwendung und spezielle Anordnung mindestens einer Rippe auf einer Lautsprechermembran 35 · Verminderung der globalen Deformation der Lautsprechermembran durch gezielte Verwen dung und spezielle Anordnung mindestens einer Rippe auf der Lautsprechermembran.According to a further development of the principle of the loudspeaker membrane with scaffold, a great advantage of ribs is also the possibility of selectively modifying the properties of the membrane by subsequently setting one or more ribs, in particular by measurement and sound. Below the advantages, if you attach at least one rib later and so that the developer can modify the measurement technique and the sound to his desired speaker tuning. By further developing the speaker membrane through one or more ribs, dramatic improvements can be made and problems such as resonances or deformations can be avoided. Such advantages by rib (s) or reductions or avoidances are, for example: • Meßtechnische change of the speaker through targeted use and special arrangement of at least one rib on a speaker diaphragm 35 · Reduction of the global deformation of the speaker membrane by targeted Verwen tion and special arrangement of at least one rib on the speaker membrane.

Weiters die gezielte Verminderung einer an einer gewissen Stelle auftretenden globalen Deformation der Lautsprechermembran durch Setzen in spezieller Anordnung mindestens einer 40 Rippe • Verminderung der Resonanzen der Lautsprechermembran durch gezielte Verwendung und spezielle Anordnung mindestens einer Rippe auf der Lautsprechermembran. Weiters die gezielte Verminderung einer an einer gewissen Stelle auftretenden Resonanz der Lautspre- 45 chermembran durch Setzen in spezieller Anordnung mindestens einer Rippe Verminderung der Partialschwingungen der Lautsprechermembran durch gezielte Verwendung und spezielle Anordnung mindestens einer Rippe auf der Lautsprechermembran • Gezieltes Setzen in spezieller Anordnung mindestens einer Rippe auf einer Lautsprechermembran optimiert das kolbenförmige Schwingungsverhalten und/oder Eigenschwingverhal- 50 ten und das Masse/Steifigkeitsverhältnis der Lautsprechermembran • Verminderung des Klirrfaktors und der Verzerrungen des Lautsprechers durch gezielte Verwendung und spezielle Anordnung mindestens einer Rippe auf der Lautsprechermembran • Verminderung des Ein- und Ausschwingverhaltens des Lautsprechers durch gezielte Ver-55 Wendung und spezielle Anordnung mindestens einer Rippe auf der Lautsprechermembran 7Furthermore, the targeted reduction of a occurring at a certain point global deformation of the speaker membrane by placing in a special arrangement of at least one 40 rib • Reduction of the resonances of the speaker membrane through targeted use and special arrangement of at least one rib on the speaker membrane. Furthermore, the targeted reduction of a resonance occurring at a certain point of the loudspeaker membrane by setting in a special arrangement of at least one rib Reduction of the partial vibrations of the loudspeaker membrane by deliberate use and special arrangement of at least one rib on the loudspeaker membrane • Targeted setting in a special arrangement of at least one rib on a loudspeaker diaphragm optimizes the piston-shaped vibration behavior and / or self-oscillation behavior and the mass / stiffness ratio of the loudspeaker diaphragm • Reduction of the distortion factor and distortions of the loudspeaker by targeted use and special arrangement of at least one rib on the loudspeaker diaphragm • Reduction of the in-and out-swing behavior of the loudspeaker Speaker through targeted Ver-55 twist and special arrangement of at least one rib on the speaker diaphragm. 7

AT 414 199 B • Optimierung des Amplitudenverlaufs über die Frequenz der Lautsprechermembran durch gezielte Verwendung und spezielle Anordnung mindestens einer Rippe auf der Lautsprechermembran • Optimierung des Wirkungsgrades der Lautsprechermembran durch gezielte Verwendung 5 und spezielle Anordnung mindestens einer Rippe auf der Lautsprechermembran • Optimierung des räumlichen Abstrahlverhaltens der Lautsprechermembran durch gezielte Verwendung und spezielle Anordnung mindestens einer Rippe auf der Lautsprechermembran • Verminderung des Zurückgehens der Schwingungsintensität in der Nähe des Rands der io Lautsprechermembran, die durch den Widerstand der zurückhaltenden Sicke entsteht, durch gezielte Verwendung und spezielle Anordnung mindestens einer Rippe auf der Lautsprechermembran • Optimierung des Impulsverhaltens durch gezielte Verwendung und spezielle Anordnung mindestens einer Rippe auf der Lautsprechermembran 15 · Gezielte klangliche Veränderung des Lautsprechers durch Verwendung und spezielle An ordnung mindestens einer Rippe auf einer Lautsprechermembran an einer gewissen Stelle • Gezielte Veränderung der klanglichen Charakteristik des Lautsprechers durch Verwendung und spezielle Anordnung mindestens einer Rippe auf einer Lautsprechermembran an einer gewissen Stelle 20 · Erzielen spezieller und unterschiedlicher meßtechnischer oder klanglicher Eigenschaften derAT 414 199 B • Optimization of the amplitude progression over the frequency of the loudspeaker membrane by specific use and special arrangement of at least one rib on the loudspeaker membrane • Optimization of the efficiency of the loudspeaker membrane by purposeful use 5 and special arrangement of at least one rib on the loudspeaker membrane • Optimization of the spatial radiation behavior of the loudspeaker membrane Speaker diaphragm through targeted use and special arrangement of at least one rib on the loudspeaker diaphragm • Reduction of the vibration intensity near the edge of the io loudspeaker diaphragm caused by the resistance of the restrained bead, through targeted use and special arrangement of at least one rib on the loudspeaker diaphragm • Optimization of the impulse response through targeted use and special arrangement of at least one rib on the loudspeaker diaphragm 15 · Targeted change in the sound of the loudspeaker Specific use of and arrangement of at least one rib on a loudspeaker diaphragm at a certain point. Targeted change in the tonal characteristics of the loudspeaker by use and special arrangement of at least one rib on a loudspeaker diaphragm at a certain point. Obtaining special and different metrological or sonic properties of the

Lautsprechermembran durch Verwendung symmetrischer Form der Rippe(n) • Erzielen spezieller und unterschiedlicher meßtechnischer oder klanglicher Eigenschaften der Lautsprechermembran durch Verwendung unsymmetrischer und unförmiger Form der Rip-pe(n) 25Loudspeaker diaphragm by using symmetrical rib shape (s) • Achieving special and different metrological or sonic properties of the loudspeaker diaphragm by using asymmetrical and shapeless shape of the rip-pe (n) 25

Weiters kann durch die oben beschriebene überlegene Steifigkeit der Lautsprechermembran mit Rippenstruktur praktisch jede Höhe der Dämpfung des zu wählenden Materials gewählt werden, beispielsweise sehr weiche Kunststoffe mit hoher innerer Dämpfung. Dies eröffnet dem Entwickler eine große Auswahl an Klangabstimmungen, Klangresultaten und meßtechnischen 30 Optimierungen. Diese Optimierung der meßtechnischen oder klanglichen Eigenschaften der Lautsprechermembran ermöglichen eben die Rippen durch die ermöglichte Veränderung des Membranmaterials zu höherer innerer Dämpfung bei gleichbleibender Steifigkeit der Membran durch den Effekt des Gerüsts. Z.B. weisen Polymere, Polypropylen und faserverstärkte Kunststoffe gute Dämpfungseigenschaften auf. Weiters kann durch die Freiheiten der Optimierung 35 des Gerüsts aus verschiedenen Materialien aus Optik- und Kostengründen gewählt werden.Furthermore, by virtue of the above-described superior rigidity of the ribbed-structure speaker diaphragm, virtually any amount of damping of the material to be selected can be selected, for example, very soft plastics with high internal damping. This provides the developer with a wide selection of sound adjustments, sound results and metrological 30 optimizations. This optimization of the metrological or sonic properties of the speaker membrane allow just the ribs through the allowed change in the membrane material to higher internal damping while maintaining the rigidity of the membrane by the effect of the framework. For example, have polymers, polypropylene and fiber reinforced plastics good damping properties. Furthermore, due to the freedom of optimization of the framework of different materials, optics and cost reasons can be chosen.

Auch kann jede Lautsprechermembran auf einen speziellen Einsatzweck optimiert werden:Also, each speaker membrane can be optimized for a specific purpose:

Optimierung einer Lautsprechermembran auf den speziellen Einsatzweck in der eigenen Laut-40 sprecherklasse der Subwoofer durch Standhalten gegen nötige erhöhte Verdrängung der vor der Lautsprechermembran befindlichen Luftmasse und durch Standhalten gegen den erhöhten Druck im Lautsprechergehäuse durch eine oder mehrere Rippen und spezieller symmetrischer und unsymmetrischer Formen der Rippen und des Gerüsts. Beispielsweise durch Betonung der verstärkten Optimierung auf globale Deformation. Beim Basslautsprecher muss sehr hohen 45 Impulsen standgehalten werden, und viel „Luftmasse“ bei der Schallerzeugung bewegt werden.Optimization of a loudspeaker diaphragm to the particular purpose of use in the subwoofer's own loudspeaker class by withstanding the necessary increased displacement of the air mass in front of the loudspeaker diaphragm and by resisting the increased pressure in the loudspeaker enclosure by one or more ribs and more symmetrical and asymmetrical ribs and the scaffolding. For example, by emphasizing the increased optimization on global deformation. The bass speaker must withstand very high 45 pulses, and much "air mass" to be moved during sound production.

Neben dem Verwendungszweck als Basslautsprecher (zB 20-200Hz), die Verwendungszwecke und Optimierungen als Mitteltonlautsprecher (zB 200-3.000Hz), und Hochtonlautsprecher (z.B. 3.000-20.000Hz): Optimierung einer Lautsprechermembran auf ihren gewünschten Ar-50 beitsbereich im abzustrahlenden Frequenzspektrum durch eine oder mehrere Rippen und spezieller symmetrischer und unsymmetrischer Formen der Rippen und des Gerüsts.In addition to the use as a bass speaker (eg 20-200Hz), the uses and optimizations as a mid-range speakers (eg 200-3,000Hz), and tweeters (eg 3,000-20,000Hz): Optimization of a speaker diaphragm on their desired Ar-50 beitsbereich in the frequency spectrum to be radiated by one or more ribs and more specifically symmetrical and asymmetrical shapes of the ribs and the framework.

Optimierung einer Lautsprechermembran auf ihren gewünschten Einsatzbereich als Hifi-Laut-sprecher oder Beschallungslautsprecher / Public Address oder Outdoor-Witterungsbedarf durch 55 eine oder mehrere Rippen und spezieller symmetrischer und unsymmetrischer Formen derOptimization of a loudspeaker membrane to its desired application as a hi-fi speaker or PA speaker / Public Address or outdoor weather demand by 55 one or more ribs and special symmetrical and asymmetrical forms of the

Claims

δ ΑΤ 414 199 Β Ribs and scaffolding. Regarding the sizes of the different speaker types, our loudspeaker membrane covers all currently used loudspeaker diaphragm sizes due to its high flexibility. Furthermore, the use of a ribbed framework results in an increase in the qualitatively undisturbed life span of a loudspeaker membrane. Characterized in that the loudspeaker membrane is formed with at least one stiffening rib, said at least one stiffening rib is integrally connected to the cover layer, in particular by an injection molding process, from injection-moldable materials, especially plastics and metals.

2. Loudspeaker diaphragm according to claim 1, characterized in that the at least 20 is a stiffening rib radially and / or annular.

3. Loudspeaker diaphragm according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one stiffening rib is not made in one piece, but as a separately formed scaffold and is firmly connected to the loudspeaker membrane, for example by gluing, 25 welding, etching and the like.

4. Loudspeaker diaphragm according to claim 1 to 3 with a dimensioning of the cover layer of 0.1 mm to 2 mm, but in particular 0.3 mm to 1 mm, and any shape of the at least one rib with a height of 0.5 to 20 mm , but especially 2 mm to 30 10 mm. For this purpose 1 sheet of drawings 35 40 45 50 55