Elektrodynamischer Breitbandlautsprecher mit einem 1Vlembransystem aus mehreren Teilmembranen Gegenstand der Erfindung ist ein elektrodynami scher Breitbändlautsprecher mit einem Membran system aus mehreren Teilmembranen.
Der Lautsprecher wird hier Einweg- oder Mehr weglautsprecher genannt, je nachdem, wie viele Teil- membraneni, die vorzugsweise je ein bestimmtes Fre quenzband ausstrahlen, unimittelbar an die Schwing spule angeschlossen sind.
Infolge der technischen Entwicklung werden Laut sprecher benötigt, die zur Wiedergabe von tiefen und hohen( Tönen gleicherweise geeignet sind. Die soge nannten Breitband:lautsprecher werden in den letz ten Jahren. im allgemeinen hauptsächlich derart her gestellt, dass zur übertragung der verschiedenen, Ton frequenzen womöglich eine durch eine einzige Schwingspule betätigte Membrane oder ein Mem- bransystem angewendet wird.
Bei der Verwirklichung der Wiedergabe von tie fen und hohen Tönen mittels eines eine einzige Schwingspule enthaltenden Lautsprechers wird die Erfüllung gegensätzlicher Anforderungen verlangt. Es ist bereits eine grosse Anzahl von diesbezüglichen Vorschlägen bekannt.
Diese bekannten Ausführungen können im wesentlichen in drei kennzeichnende Grup pen unterteilt werden, wobei ihr Grundgedanke darin besteht, dass infolge der bei zunehmenden Frequenzen entstehenden Dämpfung der im Material der sich fortpflanzenden:
tranisversalen Schwingun gen sowie infolge der endlichen Fortpflanzungls- geschwindigkeit derselben, der Radius des mit grösster Amplitude schwingenden ringförmigen kegelstumpf- mantelartigen Strahlelementes sich immerhin der durch den Schwingspulenrad:ius bestimmtem gering sten Abmessung nähert. Hierdurch entsteht eine dop pelte Aufgabe. Zwecks.
Erhöhung des Strahlungs widerstandes sollte die Abmessung der mit grösster Amplitude schwingenden Membrane, die dann in der Nähe der Schwingspule angeordnet ist, erhöht wer den. Damit die Schwingspule durch die mechanische Impedanz, bedingt durch die Bewegung derjenigen Massen, welche sich ausserhalb des mit grösster Am plitude schwingenden Membranteiles befinden, nicht belastet wird, müssen die der Schwingspule fernen, das heisst mit geringerer Amplitude schwingenden Teilmembranen von der Schwingspule zweckmässig vollständig, oder mindestens teilweise,
mittels zwi schengeschalteter federnder Elemente abgetrennt wer den. Die Erhöhung der Abmessung der 'm der Nähe der Schwingspule befindlichen Membrane wird mit tels eines zwischengeschalteten inneren Membrantei- les angestrebt, während zur Absonderung der ausser der Schwingspule angeordneten Teilmembranen ein gepresste federnde Wellenringe, die aus dem Mem- branmaterial ausgebildet sind, angewendet werden,.
Bei der ersten Gruppe kann die Membrane durch einen oder durch mehrere federnde Wellenringe un terteilt sein, doch leibt dies im Wesen eine Einweg ausführung: Bei der zweiten Gruppe ist zur übertra- gung von höheren Tönen eine besondere Teilmem brane vorgesehen.
Hierdurch entsteht ein sogenann- ter Doppelwegsprecher. Bei dieser Gruppe wird' die überlappung der durch die grosse und kleine Mem brane zu übertragenden Frequenzbänder durch ent sprechende Wahl der Verhältnisse der beiden Mem- branmassen sowie der Feder gesichert.
Bei der drit ten Gruppe - die ebenfalls eine Doppelwegausfüh- rung ist - wird die überlappung anstatt durch federnde Ringe durch entsprechende Wahl der Fort pflanzungskonstante zustande gebracht.
Ein gemeinsamer Nachteil dieser Ausführungen besteht darin, dass die mechanische Impedanz der zur Zentrierung des Membransystems dienenden Zentrier- scheibe infolge der unmittelbaren: Verbindung mit dier Schwingspule bei höheren Frequenzen eine wesent liche Belastung bzw. Dämpfung veranlasst. Zweck der Erfindung ist die Beseitigung dieses Nachteiles.
Der elektrodynamische Breitbandlautsprecher mit einem Membransystem aus Teilmembranen ist erfin dungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass das Mem- bransystem aus mindestens zwei durch Zwischen Fügung mindestens eines federnden Wellenringes mit einander verbundenen Teilmembranen besteht und dass an die Verbindung des federnden Wellenringes ( Grundwellenring )
und einer an denselben von aussen her angeschlossenen Teilmembrane eine Zen trierscheibe und an die Verbindung des Grundwellen- ringes und mindestens einer inneren Teilmembrane die Schwingspule angeschlossen ist.
Die Erfindung wird, anhand der beigeschlossenen Zeichnungen näher beschrieben: Fig. 1 bis 3 zeigen in schematischer Darstel lung bekannte Breitbandlautsprecherausführungen mit einer einzigen Schwingspule.
Fig. 4 zeigt eine beispielsweise Ausführungsform des Lautsprechers mit einer inneren und einer äusse ren Teilmembrane.
Fig. 5 stellt ein Ausführungsbeispiel des Laut sprechers mit einer äusseren und: zwei inneren Teil membranen dar. Die Bezugszeichen sind in allen Figuren gleich.
Wie aus Fig. 1 bis 3 ersichtlich, bezeichnet 1 die kegelstumpfmantelförmig ausgebildete. äussere Teil membrane, 2 eine innere Teilmembrane, 3 die Zen trierscheibe, 4 einen federnden Wellenring und 5 die Schwingspule samt Wicklung.
Eine gemeinsame Eigenschaft dieser Ausführun gen besteht darin, dass die Zentrierscheibe 3, ohne Zwischenfügung von federnden Elementen, starr urid unmittelbar an die Schwingspule 5 angeschlossen ist, wodurch - wie dies vorangehend erläutert wurde die mechanische Impedanz des Systems unvorteilhaft beeinflusst wird und bei zunehmenden Frequenzen eine Amplitudendämpfung und eine schwächere über tragung der honen Töne erfolgt.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich, sind beide Teilmem branen 1 und 2 durch den, federnden Wellenring 4 - welcher aus einem einzigen oder aus mehreren halbwellenförmigen Ringen bestehen kann - verbun den, und zwar derart, dass die Zentrierscheibe 3 an den Wellenring 4 (im folgenden Grundwellenring) von aussen: und die Schwingspule an denselben von innen angeschlossen ist. Bei dieser Ausführung - die einer Doppelwegausführung entspricht - ist die Zentrier scheibe 3 von der Schwingspule 5 durch den Grund wellenring 4 abgetrennt.
Hierdurch sind die Auswir kungen der Belastung, die infolge der mechanischen Impedanz der Zentrierscheibe 3 bei der Schwingspule 5 und der Teilmembrane 2 bei höheren Frequenzen entsteht, mit Sicherheit beseitigt. Bei dieser Konstruk tion werden die tiefen Töne durch die Teilmembrane 1 und die höheren durch die Teilmembrane 2 über tragen. Der Grundwellenring 4 kann zweckmässig aus dem Werkstoff der Teilmembrane 1 ausgebildet wer den.
Da dieser starrer ist, werden die beiden Teilmem branen voneinander bzw. die Zentrierscheibe 3 von der Schwingspule 5 und der Teilmembrane 2 bei höheren Frequenzen wirkungsvoller getrennt. Der Grundwellenring kann natürlich aus einem Stück mit der Zentriersch:eibe bestehen.
Die innere Teilmembrane 2 kann domartig aus geführt werden. Bei dieser Ausbildung wird die kol benartige Bewegung der mittleren Teilmembrane auch bei höheren Frequenzen gefördert. Diese innere Teil membrane 2 kann mit dem Schwingspulenkörper 5 einen einzigen zusammenhängenden Bauteil bilden. Bei einer anderen Ausführungsform können die innere Teilmembrane 2 und der Grundwellenring 4 und eventuell auch eine äussere Teilmembrane aus einem einzigen Stück ausgebildet werden.
Die Federkonstante des dlie Teilmembranen 1 und 2 trennenden Grundwellentringes 4 wird derart ge wählt, dass sich bei tiefen Frequenzen beide Teilmem- branen in gleicher Phase bewegen.
Die Bestimmung der Kreuzungsfrequenz erfolgt durch in Betrachtnahme der Massen der beiden Teil membranen 1 und 2 und der Federkonstante des Grundwellenrnges 4.
Zur Erzielung einer gleich. mässigen Frequenzübertragung bzw. Frequenzeharak- teristik wird der die Teilmembranen 1 und 2 tren nende bzw. verbindende Grundwel'lenring 4 entspre chend gedämpft, das heisst, die Verlustwiderstände der einzelnen federnden Ringe werden entsprechend erhöht.
Der Ansatz der äusseren sogenannten grossen Teil membrane 1 ist in an sich bekannter Weise unter Zwischenfügung eines Wellenringes 6 mit dem Laut sprecherkorb verbunden. Die grosse Teilmembrane 1 kann natürlich auch aus mehreren Teilen ausgebildet werden, und in diesem Falle sind die einzelnen Teile durch federnde Ringe verbunden. Die Mantellinien der kegel- oder kegelstumpfmantelförmigen Teilmern braven können Geraden oder Kurven sein.
Wird bei der Ausführung mit einer inneren Teil membrane, also bei einer Doppelwegausführung ge mäss Fig. 4, eine gleichmässige Frequenzübertragung gefordert, so muss der innere, zweckmässig kegelför mige Strahlerbeil 2 mit einem verhältnismässig grossen Durchmesser Dz ausgebildet werden, so d'ass der selbe ungefähr 40 % des Durchmessers Dl der grossen Teilmembrane beträgt. Auf diese Weise wird erzielt, dass die.
Frequenzen über 3-4 kHz durch die Teil membrane 2 übertragen werden. Da der Durchmesser der Schwingspule 5 durch den Anschlussdurchmesser Dz der Teilmembrane 2 bestimmt ist, entsteht als Folge ein grosser und schwerer, also kostspieliger Magnetkreis..
Ein weiteres Problem ergibt sich bei dieser Aus führung daraus, dass die Teilmembrane 2 infolge des verhältnismässig grossen Durchmessers D, bei höhe ren Frequenzen über 10 kHz eine scharfe Richtwir- kung ausübt. Auch die Abmessung der Teilmem brane 2 sowie die Schwingmassen ergeben sich ver- hältnismässig zu gross. Durch die grosse mechanische Impedanz wird bei höheren Frequenzen eine sinkende Frequenzcharakteristik veranlasst.
Dieses Problem wird anhand: einer Weiterentwick lung des erfindungsgemässen Lautsprechers dadurch beseitigt, dass die innere Teilmembrane aus zwei: Tei len ausgebildet und dementsprechend in einem einzi gen Korb ein mechanisch gekreuzter Dreiweglautspre- eher erhalten wird. Ein Ausführungsbeispiel des wei terentwickelten Lautsprechers ist in Fig. 5 dargestellt und im folgenden näher erläutert.
In diesem Fall wird an den Anschlusspunkt des Grundwelleniringes 4 und der Schwingspule 5 ausser der zweckmässig domför mig ausgebildeten Teilmembrane 2 eine zusätzliche Teilmembrane 7 angeschlossen.
Bei der Dreiwegausführung, bei welcher - wie oben erwähnt - die äussere Teilmembrane 1 in meh rere Teile unterteilt werden kann., wird erzielt, dass durch die Teilmembrane 1 die tiefen Töne im Be reich von der unteren Grenzfrequenz bis etwa 4 kHz übertragen werden;
bei höheren Frequenzen, etwa bis 10 kHz, wird' der Hauptanteil der über- tragung durch die Teilmembranen 2 und 7 über nommen, und die höchsten Töne, über dierser Grenze bis zur Grenze der Hörbarkeit, werden durch die Teilmembrane 2 übertragen.
Zur Erzielung der vorangeführten Wirkungen wird das Verhältnis des Durchmessers D1 der grossen TeB- membrane 1 zu dem Durchmesser D2 der inneren, zweckmässig domartig ausgebildeten Teilmembrane
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und das Verhältnis zu dem Durchmesser D3 der zu sätzlichen Teilmembrane
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gewählt.
Wie bekannt, ist die Richtwirkungscharakteristik der Membrane ausser vom Fortpflanzungskoeffizien- ten auch vom Krümmungsradius und der Tiefe der Teilmembranen abhängig. Zur Erzielung einer richt- wirkungsarmen Strahlung wird der Krümmungs- radius verhältnismässig gering und auch die Tiefe zweckmässig niedrig gewählt. Die Versuche haben ge zeigt, dass z.
B. bei einem Lautsprecher mit einem Nenndurchmesser von 165 mm und einem Durch messer D1 = 120 mm ein Krümmungsradius von 80 mm und! eine Tiefe der äusseren Teilmembrane hl = 25 mm gute Ergebnisse gebracht hat.
Zur Herabsetzung der in der Umgebung der Kreuzungsfrequenz der Teilmembranen 1 und 7 ent stehenden Interferenz wird die Teilmembrane 7 zweckmässig derart ausgebildet, dass die Krümmung derselben möglichst der Krümmung der Teilmem braue 1 folgt.
Aus. ähnlichen Gründen ist es zweck mässig, die Höhenverhältnisse der einzelnen Teihnem- brauen derart zu bestimmen, dass das Verhältnis der Höhe h1 der Teilmembrane 1 zur Höhe h3 der Teil membrane 7
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und zur Höhe h, der Teilmembrane 2
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beträgt. Die einzelnen Teilmembranen können natürlich mit den übrigen Teifmembranen durch federnde Ele mente verbunden sein, so kann z.
B. der obere Ab satz der zusätzlichen Teihnembrane 7 oder ein inne rer Teil desselben an der mitsprechenden Teilmem brane 1 abgestützt werden.
Electrodynamic broadband loudspeaker with a 1Vlembransystem made up of several partial diaphragms The subject of the invention is an electrodynamic broadband loudspeaker with a membrane system composed of several partial diaphragms.
The loudspeaker is called a one-way or multi-way loudspeaker here, depending on how many sub-membranesi, which preferably each emit a certain frequency band, are connected directly to the voice coil.
As a result of technical development, loudspeakers are required that are equally suitable for reproducing low and high tones. The so-called broadband: In the last few years, loudspeakers have generally mainly been manufactured in such a way that they can transmit different sound frequencies possibly a diaphragm operated by a single voice coil or a diaphragm system is used.
In realizing the reproduction of deep and high tones by means of a loudspeaker containing a single voice coil, the fulfillment of conflicting requirements is required. A large number of proposals in this regard are already known.
These known designs can essentially be divided into three characteristic groups, the basic idea being that as a result of the attenuation that occurs in the material of the propagating:
tranisversal vibrations and, as a result of the finite propagation speed thereof, the radius of the ring-shaped frustoconical surface-like radiating element vibrating with the greatest amplitude at least approaches the smallest dimension determined by the voice coil wheel. This creates a double task. For the purpose of.
Increasing the radiation resistance should increase the size of the membrane vibrating with the greatest amplitude, which is then arranged in the vicinity of the voice coil. So that the voice coil is not stressed by the mechanical impedance caused by the movement of those masses that are outside the part of the diaphragm that vibrates with the greatest amplitude, the part of the diaphragm that vibrates with a lower amplitude must be removed from the voice coil, expediently completely, or at least partially,
separated by means of interposed resilient elements. The aim is to increase the size of the diaphragm in the vicinity of the voice coil by means of an interposed inner diaphragm part, while a pressed, resilient wave ring made of the diaphragm material is used to isolate the partial diaphragms arranged outside the voice coil, .
In the first group, the membrane can be subdivided by one or more resilient wave rings, but this is essentially a one-way design: In the second group, a special sub-membrane is provided for the transmission of higher tones.
This creates a so-called two-way speaker. In this group, the overlap of the frequency bands to be transmitted through the large and small diaphragms is ensured by appropriate selection of the ratios of the two diaphragm masses and of the spring.
In the third group - which is also a two-way design - the overlap is brought about by a suitable choice of the propagation constant instead of resilient rings.
A common disadvantage of these designs is that the mechanical impedance of the centering disc used for centering the membrane system, as a result of the direct connection with the voice coil, causes a significant load or damping at higher frequencies. The purpose of the invention is to eliminate this disadvantage.
The electrodynamic broadband loudspeaker with a diaphragm system of partial diaphragms is characterized according to the invention in that the diaphragm system consists of at least two partial diaphragms connected to one another by joining at least one resilient wave ring and that the connection of the resilient wave ring (basic wave ring)
and a partial diaphragm connected to the same from the outside, a centering disk, and the voice coil is connected to the connection of the fundamental wave ring and at least one inner partial diaphragm.
The invention is described in more detail with reference to the accompanying drawings: Fig. 1 to 3 show a schematic presen- tation known broadband speaker designs with a single voice coil.
Fig. 4 shows an example embodiment of the loudspeaker with an inner and an outer part membrane.
Fig. 5 shows an embodiment of the loudspeaker with an outer and two inner part membranes. The reference numerals are the same in all figures.
As can be seen from FIGS. 1 to 3, 1 denotes the frustoconical jacket-shaped. outer part membrane, 2 an inner part membrane, 3 the Zen tri disk, 4 a resilient shaft ring and 5 the voice coil including winding.
A common property of these embodiments is that the centering disk 3 is rigidly and directly connected to the voice coil 5 without the interposition of resilient elements, whereby - as explained above, the mechanical impedance of the system is unfavorably influenced and with increasing frequencies Amplitude damping and a weaker transmission of the honed tones takes place.
As can be seen from Fig. 4, both Teilmem are branes 1 and 2 through the resilient shaft ring 4 - which can consist of a single or several half-wave-shaped rings - verbun, in such a way that the centering washer 3 on the shaft ring 4 (in following fundamental wave ring) from the outside: and the voice coil is connected to the same from the inside. In this version - which corresponds to a two-way version - the centering disk 3 is separated from the voice coil 5 by the basic shaft ring 4.
As a result, the effects of the load that arises as a result of the mechanical impedance of the centering disk 3 in the voice coil 5 and the partial diaphragm 2 at higher frequencies are definitely eliminated. In this construction, the lower tones are carried through the partial membrane 1 and the higher ones through the partial membrane 2. The fundamental ring 4 can expediently formed from the material of the diaphragm part 1 who the.
Since this is more rigid, the two Teilmem branes from each other or the centering disk 3 from the voice coil 5 and the partial diaphragm 2 separated more effectively at higher frequencies. The basic shaft ring can of course consist of one piece with the centering disk.
The inner partial diaphragm 2 can be made like a dome. In this training, the piston-like movement of the central part of the membrane is promoted even at higher frequencies. This inner part membrane 2 can form a single coherent component with the voice coil body 5. In another embodiment, the inner partial membrane 2 and the basic wave ring 4 and possibly also an outer partial membrane can be formed from a single piece.
The spring constant of the fundamental wave ring 4 separating the partial diaphragms 1 and 2 is selected such that both partial diaphragms move in the same phase at low frequencies.
The crossing frequency is determined by taking into account the masses of the two partial membranes 1 and 2 and the spring constant of the fundamental wave ring 4.
To achieve an equal. The basic shaft ring 4 separating or connecting the partial diaphragms 1 and 2 is correspondingly damped, that is, the loss resistances of the individual resilient rings are increased accordingly.
The approach of the outer so-called large part membrane 1 is connected in a known manner with the interposition of a shaft ring 6 with the loudspeaker basket. The large partial membrane 1 can of course also be formed from several parts, and in this case the individual parts are connected by resilient rings. The surface lines of the conical or truncated cone-shaped dividers can be straight lines or curves.
If a uniform frequency transmission is required in the design with an inner part of the membrane, i.e. a double-path design according to Fig. 4, the inner, appropriately conical radiator ax 2 must be designed with a relatively large diameter Dz, so the same is approximately 40% of the diameter Dl of the large partial membrane. In this way it is achieved that the.
Frequencies above 3-4 kHz are transmitted through the partial membrane 2. Since the diameter of the voice coil 5 is determined by the connection diameter Dz of the partial diaphragm 2, the result is a large and heavy, i.e. expensive magnetic circuit.
Another problem arises in this embodiment from the fact that the partial diaphragm 2, due to the relatively large diameter D, exerts a sharp directional effect at higher frequencies above 10 kHz. The dimensions of the partial membrane 2 and the oscillating masses are also too large. The high mechanical impedance causes a decreasing frequency characteristic at higher frequencies.
This problem is eliminated with the aid of a further development of the loudspeaker according to the invention in that the inner partial diaphragm is formed from two parts and a mechanically crossed three-way loudspeaker is accordingly obtained in a single basket. An embodiment of the white speaker is shown in Fig. 5 and explained in more detail below.
In this case, an additional partial diaphragm 7 is connected to the connection point of the fundamental wave ring 4 and the voice coil 5, in addition to the expediently domed diaphragm 2.
In the three-way version, in which - as mentioned above - the outer partial membrane 1 can be divided into several parts. It is achieved that through the partial membrane 1, the low tones in the Be rich from the lower limit frequency to about 4 kHz are transmitted;
At higher frequencies, up to about 10 kHz, the main part of the transmission is taken over by the partial diaphragms 2 and 7, and the highest tones, above this limit up to the limit of audibility, are transmitted through the partial diaphragm 2.
To achieve the above effects, the ratio of the diameter D1 of the large TeB membrane 1 to the diameter D2 of the inner, expediently dome-shaped partial membrane is used
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and the ratio to the diameter D3 of the additional partial membrane
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elected.
As is known, the directivity characteristic of the membrane is dependent not only on the coefficient of propagation but also on the radius of curvature and the depth of the partial membranes. In order to achieve radiation with little directional effect, the radius of curvature is selected to be relatively small and the depth is expediently selected to be low. The experiments have shown that z.
B. for a loudspeaker with a nominal diameter of 165 mm and a diameter D1 = 120 mm a radius of curvature of 80 mm and! a depth of the outer partial membrane hl = 25 mm has brought good results.
To reduce the interference occurring in the vicinity of the crossing frequency of the partial membranes 1 and 7, the partial membrane 7 is expediently designed such that the curvature of the same follows the curvature of the partial membrane 1 as much as possible.
Out. For similar reasons, it is useful to determine the height ratios of the individual partitions in such a way that the ratio of the height h1 of the partial membrane 1 to the height h3 of the partial membrane 7
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and at the height h, of the partial diaphragm 2
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amounts. The individual partial membranes can of course be connected to the rest of the Teifmembranen by resilient Ele elements, so z.
B. the upper set of the additional Teihnembrane 7 or an inne rer part of the same on the co-speaking Teilmem brane 1 are supported.