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Die
Erfindung betrifft eine Flachlautsprecheranordnung.
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Flachlautsprecher,
insbesondere Plattenlautsprecher, konventioneller Bauart (Planare)
werden unterresonant betrieben, dass heißt, durch konstruktive Maßnahmen
wird versucht, einen Betrieb der Platte im Frequenzbereich um die
Biegeschwingungsresonanz zu verhindern. Dieses von konventionellen
Konuslautsprechern her bekannte Prinzip wird als Kolbenlautsprecher
bezeichnet. Im Falle älterer
Plattenlautsprecher werden wie beim Kolbenlautsprecher Biegeschwingungen
(mit hohem konstruktiven Aufwand) verhindert.
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Plattenlautsprecher
neuester Bauart werden dagegen resonant betrieben, dass heißt, durch
konstruktive Maßnahmen
wird ausdrücklich
gefördert, dass
die Platte im Betriebsfrequenzbereich in Biegeschwingungsresonanzen
gerät.
Dieses Lautsprecherprinzip wird als Multiresonanz-Plattenlautsprecher
bezeichnet. Die bekannten Multiresonanz-Plattenlautsprecher sind
durchweg plattenförmige,
direkt strahlende, auch ohne Gehäuse
verwendbare Lautsprecher, die beispielsweise in Kraftfahrzeugen
als Deckenlautsprecher, Türlautsprecher
und so weiter betrieben werden. Multiresonanzplattenlautsprecher sind
beispielsweise aus der WO 97/09842 A2 bekannt.
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Wird
ein gehäuseloser
Multiresonanz-Plattenlautsprecher in die Nähe einer schallreflektierenden
Wand (Abstand geringer als Plattendiagonale, Ausrichtung planparallel)
gebracht, so beobachtet man einen generellen Leistungsabfall bei
tiefen Tönen
(Wand-Effekt). Ein Lösungsansatz
für den „Wand-Effekt" besteht darin, den
Multiresonanz-Plattenlautsprecher mit einem rückwärtig angeordneten Flachgehäuse abzuschirmen.
Der Lösungsansatz eignet
sich jedoch nur für
kleine, handliche Platten, wobei eine eingeschränkte Bandbreite auftritt.
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Große Flachlautsprecher
haben theoretisch folgende Vorteile: es wird eine sehr tiefe untere Grenzfrequenz
durch Bipolarabschirmung erreicht, wobei die Plattenresonanzen verhältnismäßig tief
liegen. Des weiteren haben große
Flachlautsprecher eine hohe Empfindlichkeit durch die große Membranfläche, da
die abgestrahlte Leistung proportional zur Membranfläche und
proportional zum Quadrat der mittleren, effektiven Schnelle auf
der Membran ist. Weiterhin treten relativ geringe nichtlineare Verzerrungen
infolge der geringen Auslenkung auf. Aufgrund der großen Fläche kann
bei gleicher abgegebener akustischer Leistung das Schnelle-Quadrat entsprechend
geringer ausfallen. Schließlich
kann eine relativ hohe Maximalleistung aufgrund der großen Fläche abgegeben
werden.
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Multiresonanz-Plattenlautsprecher
werden bei Verwendung in Kraftfahrzeugen häufig in der Türe verbaut.
Da dieser Ort tief unten im Kraftfahrzeug liegt, ist die Entfernung
zum Ohr sehr weit und unter einem ungünstigen Winkel. Aber auch andere,
typische Einbauplätze
in Kraftfahrzeugen wie beispielsweise die Fahrzeugdecke oder der
Fußraum
in Kraftfahrzeugen sind denkbar ungeeignet für einen Einbau von Multiresonanz-Plattenlautsprechern.
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Ein
Einbau von Multiresonanz-Plattenlautsprechern in Kraftfahrzeugen
ist aber andererseits sehr wünschenswert,
da sie nur wenig Raum beanspruchen und unter Umständen auch
Teil der im Kraftfahrzeug benötigten
dekorativen Verkleidung sein können.
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Aus
der
DE 19956690 A1 ist
eine Beschallungseinrichtung bekannt, bei der die Abstrahlcharakteristik
von Konuslautsprechern auf elektronischem Wege veränderbar
ist und daher einen größeren Freiraum
bei der Installation der Lautsprecher bietet.
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Allerdings
ist die dort beschriebene Beschallungseinrichtung für Kolbenlautsprecher
konventioneller Bauart ausgerichtet, die beispielsweise eine keulenförmige Abstrahlung
gewährleisten.
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Aus
der
DE 198 25 866
A1 ist ein Plattenlautsprecher bekannt, der aus einem Paneel,
mindestens einem Treiber und einem Rahmen gebildet ist und nach
dem Biegewellenprinzip arbeitet. Um eine sachgerechte Einprägung von
Biegewellen in das Paneel zu erhalten, bedarf es aufwendiger Untersuchungen
zur Ermittlung des jeweiligen Positionsbereichs, in dem der Treiber
das Paneel antreibt bzw. mit dem Paneel verbunden ist. Dazu offenbart
die
DE 198 25 866
A1 einen allgemeingültigen
Positionsbereich für
den Treiber auf Paneelen unterschiedlicher Größe.
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Die
DE 100 01 410 A1 offenbart
eine Flachlautsprecheranordnung mit mehreren gleichartigen Plattenlautsprechern,
die nahtlos aneinandergereiht sind, derart, dass die einzelnen Plattenlautsprecher eine
starre, scherfeste Kantenverbindung zu den jeweils benachbarten
Plattenlautsprechern haben.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Flachlautsprecheranordnung anzugeben,
mit der ohne Lageänderung
die Abstrahlcharakteristik von Multiresonanz-Plattenlautsprecher
verändert
wird.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch eine Flachlautsprecheranordnung gemäß Patentanspruch 1. Ausgestaltungen
und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von
Unteransprüchen.
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Vorteil
der Erfindung ist es, dass mit verhältnismäßig geringem Aufwand bei einem
hohen Maß an
Einbaufreiheit eine für
die meisten Anwendungsfälle
zufriedenstellende Richtcharakteristik erzielt werden kann.
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Erzielt
wird diese im Einzelnen durch eine Flachlautsprecheranordnung mit
mindestens zwei (Plattenlautsprecher-) Treibern, die mit mindestens einer
Klangplatte – also
mit einer gemeinsamen Klangplatte oder getrennten Klangplatten – gekoppelt sind,
und einer den zwei Treibern vorgeschalteten, durch zwei Eingangssignale
angesteuerten Signalaufbereitungseinrichtung zum Erzeugen von Ansteuersignalen
für die
zwei Treiber, welche jeweils gleich der Summe über die in Amplitude und Phase
jeweils unterschiedlich bewerteten Eingangssignale sind derart,
dass die Hauptabstrahlrichtung der zwei Treiber in Verbindung mit
der Klangplatte von der Bewertung der Eingangssignale abhängt.
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Diese
Anordnung kann um zusätzliche
Treiber erweitert werden, wobei entweder nur zwei dieser Treiber über die
Signalaufbereitungseinrichtung angesteuert werden und die anderen
direkt, oder aber auch weitere Treiber bis hin zu allen Treibern über eine
oder mehrere Signalaufbereitungseinrichtungen angesteuert werden.
Die Treiber können
dabei einzeln, in Gruppen oder alle zusammen mit (jeweils) einer
Klangplatte gekoppelt sein.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung weist die Signalaufbereitungseinrichtung
zwei Addierer auf, denen unter Zwischenschaltung eines ersten Phasenschiebers
und eines ersten Koeffizientenglieds jeweils eines der Eingangssignale
und unter Zwischenschaltung eines zweiten Phasenschiebers und eines
zweiten Koeffizientenglieds das jeweils andere Eingangssignal zugeführt wird.
Eines der beiden Koeffizientenglieder kann dabei auch gleich dem Koeffizienten
1 sein, was bedeutet, dass dieses Koeffizientenglied durch eine
einfache Verbindung realisiert werden kann.
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Weiterhin
kann vorgesehen werden, dass die ersten und zweiten Phasenschieber
jeweils gleiche Phasenverschiebungen und die ersten und zweiten Koeffizientenglieder
jeweils gleiche Dämpfungen/Verstärkungen
erzeugen. Dies ist insbesondere bei einer symmetrischen Anordnung
der Treiber im Bezug auf den Abhörort
vorteilhaft, wenn zudem die Treiber mit einem Stereosignal angesteuert
werden.
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Die
Phasenschieber weisen dabei von der Frequenz unabhängige Phasenverschiebungen
auf. Diese können
je nach Anwendungsfall auch veränderbar
sein.
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Bei
einer erfindungsgemäßen Flachlautsprecheranordnung
mit mindestens vier Treibern kann vorgesehen werden, dass zwei der
Treiber zwischen den zwei anderen Treibern (auf einer oder mehreren Klangplatten)
angeordnet sind und die Hauptabstrahlrichtungen der beiden einen
Treiber in Verbindung mit der/den zugehörigen Klangplatte(n) in bestimmtem
Winkel zur Senkrechten von einander weg in Richtung der anderen
Treiber samt der/den zugehörigen
Klangplatte(n) eingestellt sind.
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Dabei
können
die Hauptabstrahlrichtungen der anderen Treiber sich in bestimmten
Winkeln zur Senkrechten in Richtung der einen Treiber befinden.
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Bei
einer alternativen Anordnung sind die einen zwei Treiber neben den
zwei anderen Treibern angeordnet, wobei die Hauptabstrahlrichtung
der beiden einen Treiber und der beiden anderen Treiber jeweils
in einem bestimmten Winkel zur Senkrechten in Richtung zu einander
eingestellt sind.
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Den
anderen Treibern kann dabei eine weitere Signalaufbereitungseinrichtung
vorgeschaltet sein.
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Derart
aufgebaute und angesteuerte Plattenlautsprecher weisen bevorzugt
jeweils mindestens einen Treiber zur Schwingungserzeugung, eine Klangplatte
und eine Halterung auf. Die Klangplatte wird bevorzugt als freitragende,
dämpfungsarme Sandwichplatte
mit leichtem, scherfestem Kern und einem damit vollständig verbundenen,
vorderen und/oder hinteren Deckblatt ausgeführt.
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Die
Treiber sind bevorzugt mit der Rückseite der
Klangplatte verbunden, wobei die Rückseiten der Treiber zur Befestigung
der Plattenlautsprecher an einer dafür geeigneten Fläche ausgebildet
sein können.
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Des
Weiteren kann vorgesehen werden, dass die Klangplatte auf der Rückseite
mit einem Distanzprofil versehen ist, welches die Klangplatte freitragend
haltern kann. Die Rückseite
des Distanzprofils kann dabei zur Befestigung an einer dafür vorgesehen
Fläche
ausgebildet sein. Als Distanzprofil können mehrere einzelne Abstandselemente
vorgesehen werden. Alternativ kann als Distanzprofil auch eine vollflächig an
der Rückseite
der Klangplatte fixierte Matte aus weichem Material verwendet werden.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist die Flachlautsprecheranordnung
zur Geräuschunterdrückung an
einem Abhörort
vorgesehen, wobei die Signalaufbereitungseinrichtung so eingestellt
ist, dass die Flachlautsprecheranordnung am Abhörort einen zu einem am Abhörort auftretenden
Störschall
gegenphasigen Kompensationsschall erzeugt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es
zeigt:
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1 eine erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Flachlautsprecheranordnung
mit zwei Treibern und einer Klangplatte,
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2 eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Flachlautsprecheranordnung
mit vier Treibern und einer Klangplatte,
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3 eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Flachlautsprecheranordnung
mit vier Treibern und zwei Klangplatten,
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4 eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Flachlautsprecheranordnung
mit vier Treibern und vier Klangplatten und
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5 ein Ausführungsbeispiel
eines Plattenlautsprechers zur Anwendung bei einer erfindungsgemäßen Flachlautsprecheranordnung.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 1 werden zwei mit
einer Klangplatte 26 gekoppelte Treiber 1, 2 jeweils
durch eines von zwei stereophonen Eingangssignalen E1,
E2 unter Zwischenschaltung jeweils eines
Leistungsverstärkern 3, 4 angesteuert.
Den Leistungsverstärkern 3, 4 ist
dabei eine Signalaufbereitungseinrichtung 5 vorgeschaltet,
der die Eingangssigna le E1, E2 zugeführt werden.
In der Signalaufbereitungseinrichtung 5 wird das Eingangssignal
E1 über
einen Phasenschieber 6 mit einer frequenzunabhängigen Phasenverschiebung φ1 und über
ein Koeffizientenglied 7 mit einem eine Dämpfung oder
Verstärkung
repräsentierenden
Koeffizienten K1 einem Addierer 8 zugefügt. Außerdem erhält der Addierer 8 unter
Zwischenschaltung eines Phasenschiebers 9 mit einer frequenzunabhängigen Phasenverschiebung φ2 und eines Koeffizientenglieds 10 mit
einer eine Dämpfung
oder eine Verstärkung
repräsentierenden
Koeffizienten K2 das Eingangssignal E2.
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Der
Addierer 8 erzeugt daraus ein Ansteuersignal A1 für den Leistungsverstärker 3.
In analoger Weise wird das Eingangssignal E2 über einen
Phasenschieber 11 mit der frequenzunabhängigen Phasenverschiebung φ1 und über
ein Koeffizientenglied 12 mit dem Koeffizienten K1 einem Addierer 13 zugeführt. Der
Addierer 13 erhält
zudem unter Zwischenschaltung eines Phasenschiebers 14 mit
der frequenzunabhängigen
Phasenverschiebung φ2 und eines Koeffizientenglieds 10 mit
dem Koeffizienten K2 das Eingangssignal
E1 und erzeugt daraus ein Ansteuersignal
A2 für
den Leistungsverstärker 4.
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Die
Eingangssignale E1, E2 werden
also jeweils zwei Phasenschiebern 6, 9 bzw. 11, 14 zugeführt, die
die Phasenverschiebungen φ1, φ2 erzeugen. Danach werden die phasenverschobenen
Eingangsignale E1, E2 mit
den als Gewichtsfaktoren fungierenden Koeffizienten K1 und
K2 bewertet und anschließend über Kreuz die Ansteuersignale
A1, A2 ergebend
addiert. Nach Verstärkung
werden die Ansteuersignale A1, A2 den Treibern 1, 2 zugeführt. Formal
ausgedrückt
verhalten sich A1 und A2 in
Abhängigkeit
von E1 und E2, K1 und K2, φ1 und φ2 wie folgt: A1 = K1·E1 (φ1) + K2·E2 (φ2) A2 =
K1 + E2 (φ1) + K2·E1 (φ2)
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Aufgrund
der Phasenbedingung der beiden Ansteuersignale A1 und
A2, der Entfernung der Treiber 1, 2 zueinander
sowie die Entfernung des Zuhörers
zu den Treibern 1, 2 wird eine Verschiebung der Hauptstrahlrichtung
bewirkt, die in 1 durch
zwei Achsen 16, 17 dargestellt ist. Abgesehen
von einigen, die Hauptabstrahlrichtung bestimmenden Parametern,
wie beispielsweise dem durch den festen Einbau der Treiber 1, 2 in
ein Fahrzeug vorgegebenen Abstand beider sowie einem durch eine
annähernd
feste Position des Hörers
gegebenen festen Abstand des Zuhörers
zu den Treibern 1, 2, sind bei einer vorausgesetzten
konstanten Lautstärke
in der Regel die Phasenverschiebungen φ1, φ2 die bevorzugten Parameter zur Einstellung
des Azimuths der Hauptabstrahlrichtungen.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 2 sind außer den
Treibern 1, 2 in Verbindung mit der Signalaufbereitungseinrichtung 5 aus 1 zwei weitere Treiber 18, 19 vorgesehen,
die wie die Treiber 1, 2 mit der Klangplatte 26 gekoppelt
sind. Diese werden direkt durch die Eingangssignale E1 und
E2 angesteuert, wobei das Eingangssignal
E1 den linken Kanal L und das Eingangssignal
E2 den rechten Kanal R eines stereophonen
Signals bilden. Die weiteren Treiber 18 und 19 sind
dabei links bzw. rechts von den Treibern 1 und 2 angeordnet
und zwar derart, dass die Achsen 20, 21 der Hauptabstrahlrichtung nach
innen zu den Treibern 1 und 2 hingerichtet sind.
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Die
Achsen 16, 17 der Hauptabstrahlrichtung der Treiber 1, 2 sind
dabei mehr nach außen,
voneinander weg gerichtet. Damit ergibt sich für zwei Zuhörer 22, 23 jeweils
ein ungestörter
Stereoeindruck, da die Treiber 2, 18 den linken
Kanal L und die Treiber 1, 19 den rechten Kanal
R wiedergeben, wobei die Treiber 1 und 18 den
Zuhörer 22 und
die Treiber 2 und 19 den Zuhörer 23 beschallen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird davon ausgegangen, dass die Treiber 18, 19 und
die Klangplatte 26 in geeigneter Weise zur Erzeugung der
gewünschten
Hauptabstrahlrichtung eingebaut werden können.
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Ist
dies jedoch nicht möglich,
dann kann die Anordnung nach 2,
wie in 3 gezeigt, abgeändert werden.
Den Treibern 18, 19 wird eine Signalaufbereitungseinrichtung 24,
die beispielsweise wie die Signalaufbereitungseinrichtung 5 aufgebaut
ist, vorgeschaltet und die Abstrahlcharakteristik so eingestellt,
dass die Achsen 20, 21 in der Hauptabstrahlrichtung
mehr nach innen gerichtet sind. Die Treiber 1, 18 bzw. 2, 19 sind
dabei paarweise nebeneinander angeordnet und paarweise mit jeweils
einer Klangplatte 33, 34 gekoppelt. In diesem
Fall beschallen die Treiber 1 und 18 den Hörer 22 und
die Treiber 2 und 19 den Hörer 23. Die Achsen 20 und 21 bzw. 16 und 17 sind
dabei jeweils einander zugeneigt.
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Um
darüber
hinaus die Richtcharakteristik an jeden Hörer individuell noch weiter
anpassen zu können,
kann schließlich
die Anordnung nach 3 gemäß 4 dahingehend abgeändert werden,
dass die Treiber 1, 2 bzw. 18, 19 paarweise
nebeneinander angeordnet und mit jeweils einer Klangplatte 33 bis 38 gekoppelt
werden. In diesem Fall beschallen die Treiber 1 und 2 den
Hörer 23 und
die Treiber 18 und 19 den Hörer 22. Die Achsen 20 und 21 bzw. 16 und 17 sind
dabei wiederum jeweils einander zugeneigt. Die einzelnen Klangplatten 33 bis 38 können unabhängig voneinander
montiert sein oder aber eine aus vier entkoppelten, mechanisch miteinander
verbundenen Einzelelementen bestehende Klangplatte bilden.
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Obwohl
in den Ausführungsbeispielen
die aus Treibern und Klangplatte gebildeten Flachlautsprecher immer
in einer Ebene angeordnet sind, können diese aber in beliebiger
weise angeordnet werden. Darüber
hinaus können
die bei den Ausführungsbeispielen
für Stereosignale
ausgelegten Anordnungen auch zur Störschallreduktion eingesetzt werden,
in dem eine spezielle Geräuschauswerteeinrichtung 25 der
Flachlautsprecheranordnung vorausgeschaltet wird. Diese bereitet
am Abhörort
auftretende Störsignale
für die
Flachlautsprecheranordnung so auf, dass die von dieser abgestrahlten Schalle
gleich den gegenphasigen Störsignalen
sind. Aus diesem Grund treten zumindest teilwei se Auslöschungen
des Störsignals
am Abhörort
auf, so dass der Geräuschpegel
dort reduziert wird. Die Flachlautsprecheranordnung kann dabei so
eingestellt werden, dass der Abhörort
frei gewählt
werden kann (beispielsweise Kopfbereich von Fahrer und Beifahrer).
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In 5 ist ein Plattenlautsprecher
beispielsweise für
eine Anwendung nach 1 gezeigt, der
unter anderem aus einer Multiresonanz-Klangplatte 27 und
einer Stützvorrichtung
besteht. Die Multiresonanz-Klangplatte 27 ist freitragend
und dampfungsarm mit einem Distanzprofil 28 gehaltert beispielsweise
durch eine als Stützfüße ausgebildete Stützvorrichtung
an den Ecken der Multiresonanz-Klangplatte 27. Die Multiresonanz-Klangplatte 27 ist
aus hartem, fast sprödem
Material gefertigt, derart, dass insgesamt eine möglichst
hohe Biege-Steifigkeit bei möglichst
geringem Massenbelag erreicht wird. Beim Ausführungsbeispiel sind dazu Hartschaumplatten
mit oder ohne Deckschichten oder aber Waben-Sandwich-Platten vorgesehen.
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Bei
Waben-Sandwich-Platten mit hinterer Deckschicht 29, Kern 30 und
vorderer Deckschicht 31 lassen sich die Materialanforderungen
unterteilen in eine möglichst
hohe Dehnwellengeschwindigkeit des Deckschichtmaterials und eine
möglichst
geringe mittlere Dichte des Kernmaterials in Kombination mit im
Mittel möglichst
hohem Schubmodul. Zusammen mit dem auf der hinteren Fläche der
Multiresonanz-Klangplatte 27 aufgesetzten oder eingelassenen
Treibern 32 und der Halterung stellt die gezeigte Anordnung
einen kompletten Multiresonanz-Plattenlautsprecher dar.
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Vorteilhaft
für die
Eigenschaften eines derartigen Multiresonanz-Plattenlautsprechers
ist unter anderem das Distanzprofil 28, das zwischen der
freitragenden Multiresonanz-Klangplatte 27 und einer nicht
näher dargestellten
Wand angeordnet ist. Dieses Bauelement dient als Halterung der freitragenden
in Sandwichtechnik ausgeführten
Multiresonanz-Klangplatte 27. Die Halterung muss die gewichtsbedingte
statische Schwerkraft aufnehmen können, ohne die normal zur Wand
polarisierte Schwingung der Multiresonanz-Klangplatte 27 zu
behindern. Das Distanzprofil 28 kann seine so definierte Funktion
in vielerlei Gestalt erfüllen.