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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Lautsprecher auf ein Lautsprechersystem
sowie auf ein Verfahren zur Erzeugung von akustischen Schwingungen.
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Ein
Lautsprecher weist zumindest einen Schwingungskörper auf,
der von einem Schwingungsanreger zum Schwingen angeregt wird. Unter einem
Schwingungskörper ist insbesondere ein im wesentlichen
flächenförmiger, selbsttragender, bevorzugt leichter
und biegesteifer Körper zu verstehen, der zu Schwingungen
anregbar ist. Ein derartiger Schwingungskörper ist beispielsweise
eine zu Schwingungen anregbare Platte aus Glas, Holz oder Kunststoff,
wie sie von sogenannten Flächenlautsprechern bekannt ist.
Alternativ hierzu ist der Schwingungskörper eine schwingungsfähige
Membran, wie sie von konventionellen Mehrwegelautsprechern bekannt
ist. Die Anregung des Schwingungskörpers zu geregelten
Schwingungen erfolgt mittels des Schwingungsanregers. Unter einem
Schwingungsanreger ist jedwede Vorrichtung zu verstehen, mittels
der der Schwingungskörper in kontrollierbare Schwingung
versetzbar ist.
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Das
menschliche Gehör ist nicht für aller Frequenzen
gleich empfindlich. Von Fletcher und Munson wurde in "loudness,
its definition, messurement and calculation" in J. Acoust. Soc Am.
5, S. 82–108 (1933) das Konzept der so genannten
Isophone eingeführt. Eine Isophone gibt hierbei für
den gesamten Frequenzbereich an, welche Lautstärke einer
Schallquelle notwendig ist, um bei einem Zuhörer ein subjektives
Hörempfinden einer vorgegebenen Lautstärke zu
erzeugen. Das menschliche Gehör ist bei 2000 Hz am empfindlichsten.
Zu höheren Frequenzen hin und insbesondere zu niedrigen
Frequenzen hin nimmt die Empfindlichkeit des menschlichen Gehörs stark
ab. Dies ist bei der Auslegung eines einzelnen Lautsprechers oder
eines Lautsprechersystems in Erwägung zu ziehen. Für
die Wie dergabe von niedrigen Frequenzen und damit niedrigen Tönen
muss der Schwingungsanreger daher den Schwingungskörper
zu Schwingungen mit einer hohen Amplitude anregen. Nur so werden
niedrige Frequenzen hinreichend laut wiedergegeben. So muss eine
Frequenz von 50 Hz gegenüber einer Frequenz von 2000 Hz mit
etwa der 100fachen Lautstarke wiedergegeben werden, um bei dem Zuhörer
ein vergleichbares Lautstärkeempfinden auszulösen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für unterschiedliche
Frequenzen ein für das menschliche Gehör vergleichbares
Lautstärkeempfinden zu erzeugen.
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Die
Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch einen Lautsprecher
nach Anspruch 1 gelöst. Danach ist vorgesehen, dass zur
Erzeugung von akustisch hörbaren Schwingungen ein Schwingungsanreger
einen Schwingungskörper anregt. Der Schwingungsanreger
ist hierbei über eine Kupplung mechanisch mit dem Schwingungsanreger
gekoppelt. Unter mechanischer Kopplung wird hierbei verstanden,
dass die Schwingungen des Schwingungsanregers mit Hilfe einer insbesondere
biegesteifen und druckfesten Übertragungsmechanik auf die
Kupplung übertragen werden. Von besonderem Vorteil ist,
dass der Grad der mechanischen Kopplung variierbar ist. Unter dem
Grad der mechanischen Kopplung wird hierbei die Höhe der
Auslenkung und damit die Amplitude der erzeugten Schwingung verstanden.
Je nach Grad der mechanischen Kopplung wird der Schwingungskörper
daher verschieden weit ausgelenkt. Die Auslenkung des Schwingungskörpers
ist jedoch direkt proportional zur Amplitude des abgestrahlten Klangspektrums
und damit zur wiedergegebenen Lautstärke. Die Lautstarke
des Lautsprechers ist stufenlos variierbar. Durch die Variierbarkeit
ist daher die Amplitude frequenzabhängig einstellbar.
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Diese
Ausgestaltung ist von besonderem Vorteil für solche Systeme,
bei denen der Schwingungskörper auf rein mechanische Weise
in Schwingungen versetzt wird. Hierzu umfasst der Schwingungsanreger
beispielsweise eine mittels eines Elektro motors angetriebene Stange,
die mit dem Schwingungskörper mechanisch in Verbindung
steht. Auf diese Weise lässt sich der Schwingungskörper
zu Schwingungen einer bedeutend höheren Amplitude anregen.
Nachteilig bei einer starren Kopplung ist jedoch, dass der Schwingungskörper
hierbei nur zu Schwingungen einer vorgegebenen Amplitude anregbar
ist. Eine insbesondere frequenzabhängige Anpassung der
Lautstärke ist nicht möglich. Im Unterschied zu
einer starren Kopplung ist vorliegend eine variable Kopplung vorgesehen,
d. h. durch die Kupplung wird die vom Schwingungsanreger erzeugte
Schwingung zumindest nicht zwingend direkt und 1:1 auf den Schwingungskörper übertragen.
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Derartige
mechanische Systeme, die insbesondere auch als Motorlautsprecher
bezeichnet werden, haben den weiteren Vorteil, dass sie hohe Amplituden
erzeugen können und sich somit insbesondere für
die Wiedergabe niedriger Frequenzen eignen, da hier das menschliche
Hörempfinden nur schwach ist. Im Unterschied hierzu ist
nämlich die Leistungsfähigkeit konventioneller
Lautsprechersysteme beschränkt. Ein handelsüblicher
Lautsprecher mit einer konusförmigen Membran als Schwingkörper
und mit einer Schwingspule als Schwingungsanreger weist eine maximale
Leistungsaufnahme von etwa 500 Watt auf. Somit lässt sich
die Membran nicht sonderlich weit auslenken. Es sind somit nur Schwingungen mit
einer niedrigen Amplitude und damit Lautstärke generierbar.
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Bevorzugt
ist daher auch vorgesehen, dass der Schwingungsanreger einen Motor,
insbesondere einen Elektromotor umfasst. Ein Elektromotor ist mit einer
Antriebsleistung von mehreren Kilowatt am Markt erhältlich.
Somit sind Schwingungen mit einer hohen Amplitude und damit Töne
einer großen Lautstärke generierbar. Weiterhin
ist ein derartiger Elektromotor am Markt kostengünstig
erhältlich, so dass der Lautsprecher vergleichsweise kostengünstig
produzierbar ist. Ein derartiger Lautsprecher ist insbesondere bei
einer Großveranstaltung, bei der auch Töne von
niedriger Frequenz mit einer hohen Lautstärke wiedergegeben
werden sollen, vorteilhaft einsetzbar.
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In
einer zweckmäßigen Weiterbildung ist die Kupplung
eine elektromagnetische Kupplung mit mindestens einer ansteuerbaren
Stromspule. Über eine Variation des Spulenstromes ist in
einfacher Weise die von der Stromspule generierte magnetische Feldstärke
variierbar. Eine Variation des Spulenstromes ermöglicht
somit eine einfache Regelung der Lautstärke des Lautsprechers.
Je größer der Spulenstrom ist, desto größer
ist das durch Stromdurchfluss von der Stromspule generierte magnetische
Feld und desto größer ist der Grad der mechanischen
Kopplung zwischen Schwingungsanreger und Schwingungskörper.
Weiterhin lässt sich der Spulenstrom mit einer Reaktionszeit
von wenigen Millisekunden zuschalten oder abschalten, so dass auch
rasche Lautstärkeänderungen erzeugbar sind.
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In
einer bevorzugten Variante weist die Kupplung zwei Stromspulen auf,
wobei dem Schwingungsanreger und dem Schwingungskörper
jeweils eines Stromspule zugeordnet ist. Der Grad der mechanischen
Kopplung ist somit durch die Vorgabe beider Ströme einfach
und präzise anpassbar.
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In
einer anderen vorteilhaften Variante weist die Kupplung eine Stromspule
und einen Permanentmagneten auf. Dabei ist entweder die Stromspule dem
Schwingungskörper und der Permanentmagnet dem Schwingungsanreger
zugeordnet oder umgekehrt. In diesem Fall ist der Grad der mechanischen Kopplung
zwischen Schwingungskörper und Schwingungsanreger über
die Variation eines einzigen Spulenstromes variierbar. Eine Steuereinheit
zur Steuerung des Grades der mechanischen Kopplung gibt somit nur
einen Spulenstrom vor. Die Steuerungslogik der Steuerungseinheit
ist einfach und kostengünstig ausführbar und weist
gegenüber der Variante mit zwei anzusteuernden Stromspulen
eine geringere Fehlerträchtigkeit auf. Jedoch lässt
sich der Grad der mechanischen Kopplung nicht so fein einstellen, wie
bei der Verwendung zweier Stromspulen.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung weist der Schwingungsanreger einen
Linearübertrager auf. Der Linearübertrager wirkt
als mechanisches Übertragungselement. Unter Linearübertrager
wird hierbei ein Element verstanden, das lediglich eine Linearbewegung
ausführt. Mittels des Linearübertragers ist eine
mechanische Anregung auf den Schwingungskörper in besonders
einfacher Weise übertragbar. Da der Linearübertrager
praktisch nur in einer Richtung eine mechanische Kraft überträgt,
lässt sich nahezu die gesamte Kraft eines dem Linearübertrager
zugeordneten Antriebs auf den Schwingungskörper übertragen.
Insbesondere ist der Linearübertrager ein stangenförmiges
Element.
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Zweckdienlicherweise
trägt der Linearübertrager eine Stromspule oder
einen Permanentmagneten und somit Teile der elektromagnetischen
Kupplung. Die Stromspule oder der Permanentmagnet ist daher in einfacher
Weise in das mit dem Schwingungskörper gekoppelte Ende
des Linearübertragers integriert. In der ersten Variante
ist der Linearübertrager mit einem ferromagnetischen Ende
versehen, das eine Stromspule zur Bildung eines Elektromagneten
trägt. In der zweiten Variante ist das Ende des Linearübertragers
als Permanentmagnet ausgeführt. In beiden Fällen
weist der Linearübertrager eine im Wesentlichen bevorzugt
längliche Geometrie auf und ist beispielsweise stangenförmig
ausgebildet. Somit kann das Ende des Linearübertragers
beispielsweise in ein dem Schwingungskörper zugeordnetes,
zylinder- oder topfförmiges Element zur Bildung der elektromagnetischen
Kupplung eingreifen. Dieses korrespondierende topfförmige
Element ist entweder wiederum als Permanentmagnet, oder als Stromspule ausgeführt,
so dass die Kupplung entweder zwei Stromspulen oder eine Stromspule
und einen Permanentmagneten aufweist.
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Zweckdienlicherweise
ist der beispielsweise als Drehstrommotor ausgebildete Elektromotor über eine
Exzenterscheibe mit dem Linearübertrager verbunden. Die
rotierende Bewegung des Motors wird somit mittels der Exzenterscheibe
in einfacher Weise in eine Längsbewegung umgesetzt.
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In
einer Weiterbildung ist eine Filtereinheit vorgesehen, um aus einem
akustischen Signal eine oder mehrere Frequenzen zur Ansteuerung
des Schwingungsanregers herauszufiltern. Aus dieser einen Frequenz
oder diesen mehreren Frequenzen ist ein frequenzproportionales Steuersignal
generierbar. Mittels dieses Steuersignals ist insbesondere ein als Antrieb
des Schwingungsanregers eingesetzter Drehstrommotor ansteuerbar.
Wird dieser Drehstrommotor mit einem zu einer Frequenz proportionalen
Steuersignal beaufschlagt, so dreht er mit kontinuierlicher, dem
Steuersignal proportionaler Geschwindigkeit und überträgt
mittels des Linearübertragers auf den Schwingungskörper
eine einzige Frequenz. Trägt das frequenzproportionale
Steuersignal eine Information über mehrere Frequenzen,
so ändert sich die Drehzahl des Drehstrommotors sukzessive,
und der Schwingungskörper wird zu Schwingungen unterschiedlicher
Frequenzen zeitgleich angeregt. Mit anderen Worten wird aus einem
vom Lautsprecher wiederzugebenden Frequenzbereich immer eine Frequenz
oder einige wenige Frequenzen herausgefiltert. Diese Vorgehensweise
entspricht der Ansteuerung eines Motorlautsprechers nach dem Stand
der Technik. Da das menschliche Gehör tiefe Frequenzen
nicht gut voneinander unterscheiden kann, ist das Hörempfinden
hierdurch nicht beeinträchtigt. So ist es beispielsweise
möglich, aus dem akustischen Signal nur die Frequenz mit
der höchsten Amplitude mittels eines Algorithmus auszuwählen,
in ein frequenzproportionales Steuersignal umzuwandeln und den Drehstrommotor
mit der der Frequenz entsprechenden Drehzahl drehen zu lassen.
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Die
Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Lautsprechersystem
gemäß Anspruch 10. Der oben beschriebene Lautsprecher
ist hierbei Teil des Lautsprechersystems. Hierbei ist eine Steuereinheit
zur Aufspaltung eines akustischen Frequenzbandsignals in mehrere
Teilbandsignale eingerichtet. Weiterhin ist für die Wiedergabe
eines der Teilbandsignale der Lautsprecher vorgesehen. Somit ist
die Wiedergabe eines Teilbandsignals aus einem Frequenzbereich niedriger
Frequenzen mittels des Lautsprechers mit einer hohen Amplitude und
damit mit einer hohen Lautstärke möglich. Es können
auch mehrere derartige Lautsprecher für die Wiedergabe
benachbarter Teilbandsignale niedriger Frequenzbereiche eingesetzt
werden. Die Aufspaltung des akustischen Frequenzbandsignals in mehrere
Teilbereiche erfolgt beispielsweise, wie es für einen konventionellen Mehrwegelautsprecher üblich
ist, mittels einer Frequenzweiche. Für die Wiedergabe von
Teilbandsignalen hoher Frequenzen ist der Einsatz konventioneller
Membranlautsprecher möglich, da deren maximale Schwingungsamplitude
bei hohen Frequenzen zu einer hinreichend hohen Lautstärkeempfindung führt.
Somit ist für die Beschallung einer Großveranstaltung,
wie einem Musikkonzert, ein weitgehend konventionelles Lautsprechersystem
einsetzbar. Lediglich für die Wiedergabe von Frequenzbereichen und
damit Teilbandsignalen einer besonders niedrigen Frequenz werden
erfindungsgemäße Lautsprecher eingesetzt. Somit
ist auch die Wiedergabe sehr niedriger Frequenzen mit einer hohen
Amplitude und damit Lautstärke möglich. Der subjektive
Klangeindruck für einen Zuhörer verbessert sich
maßgeblich.
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In
einer Variante ist das Lautsprechersystem als medizinisches Hörgerät
ausgebildet. Hier wird ausgenutzt, dass bei hörgeschädigten
und gehörlosen Menschen als Ausgleich zu der Hörschädigung eine
Schärfung anderer Sinne eintritt. So verfügen diese
Menschen einen verbesserten Tastsinn. Insbesondere am Rücken
des Menschen befinden sich sehr viele Sinneszellen für
eine Tast- oder Druckempfindung. Diese Sinneszellen lassen sich
durch Training so schulen, dass mit ihnen zumindest die Wahrnehmung
niedriger Frequenzen möglich ist. Mittels des Hörgeräts
ist eine Stimulation dieser Sinneszellen erreichbar. Dafür
ist eine vergleichsweise hohe Anregungsenergie und eine vergleichsweise
große Fläche eines Schwingungskörpers
notwendig. Um dies zu erreichen, sind einer oder mehrere Schwingungskörper
mit dem Rücken der Person verbunden. Dies lässt
sich zweckmäßig durch eine Integration der Schwingungskörper
in ein Kleidungsstück erreichen, das unter der normalen
Kleidung getragen wird. Indem mehrere Schwingungskörper
vorgesehen sind, können die Sinneszellen auch zeitgleich
zu mehreren Schwingungen angeregt werden. Insbesondere eine gehörlose
Person ohne jegliches Resthörvermögen kann so
wenigstens die niedrigen Frequenzen eines Klangspektrums hören.
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Die
Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Erzeugung
von akustischen Schwingungen mit einem oben beschriebenen Lautsprecher.
Hierbei sind auf das Verfahren die für den Lautsprecher
genannten Vorteile sinngemäß zu übertragen.
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Nachfolgend
werden drei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer
Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 schematisch
einen Lautsprecher mit einer zwei Stromspulen umfassenden Kupplung,
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2 schematisch
einen Lautsprecher mit einer eine Stromspule und einen Permanentmagneten
umfassenden Kupplung,
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3 schematisch
einen weiteren Lautsprecher mit einer einen Permanentmagneten und
eine Stromspule umfassenden Kupplung, sowie
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4 in
einer Schemazeichnung ein Lautsprechersystem mit drei Lautsprechern
nach einer der 1 bis 3.
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Gemäß 1 umfasst
ein Lautsprecher 2 einen Schwingungskörper 4 und
einen Schwingungsanreger 6. Der Schwingungskörper 4 ist
als konusförmige Membran ausgebildet. Der Schwingungsanreger 6 umfasst
einen als Drehstrommotor ausgebildeten Elektromotor 8,
von dem in der 1 nur die Drehachse sichtbar
ist. Der Elektromotor 8 treibt mit seiner Drehachse eine
Exzenterscheibe 10 an. An der Exzenterscheibe 10 ist
außermittig als Linearübertrager 12 eine
Stange befestigt. Wird die Exzenterscheibe 10 mittels des
Elektromotors 8 in eine Drehbewegung 14 versetzt,
so führt der Linearübertrager 12 eine
periodische Hin- und Herbewegung in Längsrichtung 16 aus.
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Der
Schwingungskörper 4 und der Schwingungsanreger 6 sind über
eine Kupplung miteinander mechanisch gekoppelt. Hierzu weist der
Linearübertrager 12 an seinem Ende einen ferromagnetischen, von
einer Stromspule 18 umwickelten Abschnitt auf. Dem Schwingungskörper 4 ist
ein topfförmiges, ebenfalls ferromagnetisches Koppelelement 20 zugeordnet,
das mit einer Stromspule 22 versehen ist und die mit dem
Schwingungskörper 4 starr verbunden ist. Weiterhin
ist eine Steuereinheit 24 vorgesehen, die eingerichtet
ist, mittels einer Steuerleitung 26 einen Steuerstrom für
die dem Linearübertrager 12 zugeordnete Stromspule 22 vorzugeben.
Zudem ist die Steuereinheit 24 eingerichtet, mittels einer
weiteren Steuerleitung 28 einen Spulenstrom für
die dem Koppelelement 20 zugeordnete Stromspule 22 vorzugeben.
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Das
Ende des Linearübertragers 12 mit seiner Stromspule 18 taucht
in das topfförmige Koppelelement 20 mit seiner
Stromspule 22 ein. Abhängig von den mittels der
Steuerleitungen 26, 28 vorgegebenen Steuerströmen
sind die magnetischen Feldstärken der Stromspulen 18, 22 und
somit der Grad ihrer gegenseitigen magnetischen Anziehung vorgebbar.
Somit ist der Grad der mechanischen Kopplung zwischen Linearübertrager 12 und
Koppelelement 20 und auch zwischen Schwingungsanreger 6 und
Schwingungskörper 4 festgelegt. Eine Bewegung
des Linearübertragers 12 in Längsrichtung 16 wird
in eine Bewegung des Koppelelements 20 in Längsrichtung 30 umgesetzt.
Die Bewegung des Koppelelements 20 in Längsrichtung 30 wiederum wird
in eine Bewegung des Schwingungskörpers 4 in Längsrichtung 32 umgesetzt.
Je nach Grad der mechanischen Kopplung verschieben sich die Umkehrpunkte
für die Hin- und Herbewegung des Koppelelements 20 in
Längsrichtung 30. Da das Koppelelement 20 wiederum
mit dem Schwingungskörper 4 starr mechanisch verbunden
ist, ist somit die Auslenkung des Schwingungskörpers 4 in
Längsrichtung 32 vorgegeben. Die Auslenkung des
Schwingungskörpers 4 ist direkt proportional zur
Amplitude eines vom Schwingungskörper 4 erzeugten
Tons.
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Die
Funktionsweise des Lautsprechers 2 ist wie folgt: Die Steuereinheit 24 wird
von einem akustischen Signal F beauf schlagt, das einen Frequenzbereich
repräsentiert. Die Steuereinheit 24 ist eingerichtet,
mittels einer Steuerleitung 34 den Elektromotor 8 anzusteuern
und mittels einer steuerbaren Gleichspannung dessen Drehzahl und
somit dessen Drehbewegung, 14 vorzugeben. Einer Drehzahl
des Elektromotors 8 entspricht eine Hin- und Herbewegung
des Linearübertragers 12 mit einer vorgegebenen
Frequenz. Diese Frequenz wird über die Kupplung 12, 18, 20, 22 auf
den Schwingungskörper 4 übertragen. Der
Schwingungskörper 4 wird zu Schwingungen mit dieser
Frequenz angeregt und strahlt einen dieser Frequenz entsprechenden
Ton ab.
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Das
akustische Signal F beinhaltet außerdem eine Information über
die wiederzugebende Lautstärke und damit Amplitude des
Tones. Abhängig von der wiederzugebenden Amplitude wird
mittels der Steuerleitungen 26 und 28 der Spulenstrom für
die Stromspulen 18, 22 vorgegeben. Damit ist der Grad
der magnetischen Anziehung zwischen den beiden Stromspulen 18 und 22 und
somit der Grad der mechanischen Kopplung zwischen Schwingungsanreger 6 und
Schwingungskörper 4 bestimmt. Werden mittels der
Steuerleitungen 26, 28 niedrige Spulenströme
vorgegeben, ist die magnetische Anziehung zwischen den beiden Stromspulen 18, 22 gering
und der Grad der mechanischen Kopplung zwischen den Stromspulen 18, 22 und
damit dem Schwingungsanreger 6 und dem Schwingungskörper 4 niedrig.
Wird hingegen mittels der beiden Steuerleitungen 26, 28 ein
hoher Spulenstrom vorgegeben, so liegt eine hohe magnetische Anziehung
zwischen den beiden Stromspulen 18, 22 und damit
ein Grad hoher mechanischer Kopplung zwischen Schwingungsanreger 6 und
Schwingungskörper 4 vor. Der Grad der mechanischen
Kopplung ist jedoch, wie bereits beschrieben, proportional zur Auslenkung
des Schwingungskörpers 4 und damit proportional
zur wiedergegebenen Lautstärke des abgestrahlten Tones.
Somit lässt sich mittels einer Ansteuerung der beiden Stromspulen 18, 22 über
die Steuereinheit 24 der Grad der mechanischen Kopplung
und somit die Lautstärke des wiedergegebenen Tones in einem weiten
Bereich variieren.
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Wird
nun mittels der Steuerleitung 34 die den Elektromotor 8 ansteuernde
Gleichspannung mit einer Wechselspannung überlagert, dreht
der Elektromotor 8 mit einer sich ständig ändernden
Frequenz und erzeugt so mehr als einen Ton. Diese Methode ähnelt
dem Vibrato bei Musikinstrumenten. Auf diese Weise ist die gleichzeitige
Wiedergabe mehrerer Töne durch den Schwingungskörper 4 erreicht.
Weiterhin lässt sich der Grad der mechanischen Kopplung
zwischen Schwingungsanreger 6 und Schwingungskörper 4 durch
eine permanente Änderung des Spulenstromes beider Stromspulen 18, 22 variieren, so
dass Änderungen in der Lautstärke des abgestrahlten
Klangspektrums sehr schnell möglich sind.
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Schließlich
lässt sich der Steuerstrom für die Stromspulen 18, 22 sehr
rasch variieren, so dass der Schwingungskörper 4 mit
einer hohen Dynamik zu Schwingungen anregbar ist.
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Der
in der 2 gezeigte Lautsprecher 2 entspricht
im Wesentlichen dem Lautsprecher aus 1. Der einzige
Unterschied zur 1 besteht darin, dass das topfförmige
Koppelelement 20 mit einem Permanentmagneten 36 versehen
ist. Somit wird nur die dem Linearübertrager 12 zugeordnete Stromspule 18 mittels
einer Steuerleitung 26 zur Veränderung des Spulenstroms
angesteuert. Damit wird allein mittels der Steuerleitung 26 der
Grad der mechanischen Kopplung zwischen Linearübertrager 12 und
Koppelelement 20 vorgegeben. Die in der Steuereinrichtung 24 hinterlegte
Logik ist somit einfacher und damit kostengünstiger ausführbar
als im Fall von 1. Jedoch ist der Grad der mechanischen
Kopplung in weniger weiten Grenzen vorgebbar, da nur eine Stromspule 18 angesteuert
ist.
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Der
in 3 gezeigte Lautsprecher 2 entspricht
im Wesentlichen dem in 2 gezeigten Lautsprecher 2.
Der einzige Unterschied besteht darin, dass in der 3 dem
Linearübertrager 12 ein Permanentmagnet 38 zugeordnet
ist. Dem topfförmigen Koppelelement 20 hingegen
ist eine Stromspule 22 zugeordnet, die mittels einer Steuerleitung 28 von der
Steuerein heit 24 angesteuert ist. Somit sind gegenüber
der 2 lediglich Permanentmagnet 36, 38 und
Stromspule 18, 22 miteinander vertauscht. Die
Funktionsweise der in 2 und 3 gezeigten
Lautsprecher 2 hingegen ist identisch.
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4 zeigt
schematisch ein Lautsprechersystem 40 mit insgesamt drei
Lautsprechern 2, 2', 2'', die jeweils
eine Ausgestaltung nach einer der 1–3 aufweisen.
Weiterhin weist das Lautsprechersystem 40 drei konventionell
ausgestaltete Membranlautsprecher 42 auf. Vom Prinzip her
entspricht das Lautsprechersystem 40 einem konventionellen
Mehrwegelautsprechersystem. Das akustische Frequenzbandsignal F
wird der Steuereinheit 24 zugeleitet und mittels einer
Frequenzweiche 44 in insgesamt sechs Teilbandsignale T1
bis T6 zerlegt. Die Teilbandsignale T1 bis T6 können sich
in ihren Frequenzbereichen teilweise überlappen. Jedoch umfasst
ein Teilbandsignal mit einer höheren Nummer einen Frequenzbereich
mit niedrigeren Frequenzen. Mit anderen Worten repräsentiert
das Teilbandsignal T1 den Anteil des Frequenzbandsignals F mit den
höchsten Frequenzen und das Teilbandsignal T6 den Frequenzbereich
des Frequenzbandsignals F mit den niedrigsten Frequenzen. Mittels
der Teilbandsignale T1 bis T3 werden die konventionellen Membranlautsprecher 42 zum
Schwingen angeregt.
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Die
Teilbandsignale T4–T6 werden jeweils mit einem Lautsprecher 2, 2', 2'' wiedergegeben.
In 4 sind die Elemente der Lautsprecher 2, 2', 2'' nur
schematisch wiedergegeben. Das Zusammenwirken der einzelnen Elemente
ist den 1–3 zu
entnehmen. Die Bezugszeichen sind identisch gewählt.
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Das
Teilbandsignal T4 wird mittels der Steuereinheit 24 in
ein reduziertes Teilbandsignal T4[1] umgewandelt, das nur einige
wenige Frequenzen aus dem Teilbandsignal T4 mit den höchsten
Amplituden umfasst. Mittels der Steuerleitung 34 wird der Elektromotor 8 zu
Drehungen angeregt. Da der Elektromotor 8 mittels mehrerer
Frequenzen aus dem Teilbandsignal T4[1] angesteuert wird, ändert
sich seine Drehzahl fort laufend. Die Kopplung zwischen dem Schwingungsanreger 6 und
dem Schwingungskörper 4 ist analog zur 1 ausgeführt.
Dabei ist der Linearübertrager 12 mit einer Spule 18 versehen, die
in ein mit einer weiteren Stromspule 22 versehenes topfförmiges
Koppelelement 20 eingreift. Mittels zweier Steuerleitungen 26, 28 wird
abhängig von der wiederzugebenden Amplitude der Grad der
mechanischen Kopplung vorgegeben. Auf diese Weise ist die vom Schwingungskörper 4 wiedergegebene
Lautstärke variierbar.
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Von
den Teilbandsignalen T5 bzw T6 wird jeweils die Frequenz f5 bzw.
f6 mit der höchsten Amplitude ermittelt. Aus dieser Frequenz
f5, f6 wird mittels der Steuerleitung 34', 34'' die
jeweilige Drehzahl des Elektromotors 8', 8'' vorgegeben.
Der Elektromotor 8', 8'' treibt jeweils einen
Linearübertrager 12', 12'', der mit einer
Stromspule 18', 18'' versehen ist. Der Linearübertrager 12', 12'' greift
mit seiner Stromspule 18', 18'' in ein ebenfalls
mit einer Stromspule 22', 22'' versehenes topfförmiges
Koppelelement 20', 20''. Mittels des Koppelelements 20', 20'' wird
der Schwingungskörper 4', 4'' zu einer
Schwingung angeregt, die proportional der Drehzahl des Elektromotors 8', 8'' ist.
Weiterhin wird während des Betriebs des Lautsprechersystems 40 ständig
die Amplitude der wiederzugebenden Frequenz f5, f6 ermittelt. Abhängig vom
ermittelten Amplitudenwert wird mittels der Steuerleitung 26', 26'', 28', 28'' der
Grad der magnetischen Kopplung zwischen Schwingungsanreger 6', 6'' und
Schwingungskörper 4', 4'' nach der in 1 beschriebenen
Weise angepasst. Auf diese Weise ist auch beim Betrieb der beiden
Schwingungskörper 4', 4'' eine permanente
und ständige Anpassung der Lautstärke erreicht.
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Insgesamt
entspricht das Lautsprechersystem 40 im Wesentlichen einem
konventionellen Mehrwegelautsprechersystem mit sechs Lautsprechern.
Der einzige Unterschied besteht im Einsatz von drei Lautsprechern 2, 2', 2'' zur
Wiedergabe tiefer Frequenzen. Da die Anregung des Schwingungskörpers 4, 4', 4'' zu
Schwingungen mittels eines Elektromotors 8, 8', 8'' erfolgt,
schwingt der Schwingungskörper 4, 4', 4'' mit
einer bedeutend höheren Amplitude, als das bei einem Membranlautsprecher nach
konventioneller Technologie mit einer Schwingsspule als Schwingungsanreger
möglich wäre. Auf diese Weise lassen sich mittels
des Lautsprechersystems 40 sehr hohe Lautstärken
generieren, so dass das Lautsprechersystem 40 insbesondere für
die Beschallung von Großveranstaltungen, wie Musikkonzerten,
geeignet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Fletcher und
Munson wurde in "loudness, its definition, messurement and calculation"
in J. Acoust. Soc Am. 5, S. 82–108 (1933) [0003]