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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 Lautstärke wiedergegeben werden,
um bei dem Zuhörer
ein vergleichbares Lautstärkeempfinden
auszulösen.
Es sind verschiedene Motorlautsprecher bekannt, bei denen in einem Zylinder
ein als Kolben ausgebildeter Schwingungsanreger mittels eines Antriebsmotors
hin und her bewegt wird. Dabei werden als stehende Wellen ausgebildete
Druckwellen erzeugt, die als Töne
mit der Frequenz des bewegten Kolbens wiedergegeben werden.
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Aus
der
DE 1 794 126 U ist
ein als Kolbenmembranschallsender ausgebildeter Motorlautsprecher
bekannt, bei dem der Kolben mittels einer Pleuelstange an den Antriebsmotor
gekoppelt ist. Auf diese Weise werden in einem sich an den Zylinder
anschließenden
Schalltrichter stehende Wellen erzeugt.
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Der
US 4,805,732 A ist
ein weiterer Motorlautsprecher mit einem sich an den Zylinder anschließenden Schalltrichter
zu entnehmen, bei dem der Kolben mittels eines drehzahloptimierten
Asynchronmotors getrieben wird.
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Die
US 5,109,948 A offenbart
einen Motorlautsprecher, bei dem der Kolben in einem an einem oder
beiden Enden verschlossenen Zylinder als Resonator bzw. Schwingungskörper zur
Erzeugung stehender Wellen hin und her bewegt wird.
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Aus
US 2006/0023898 A1 ist
ein Lautsprechersystem aus zumindest einem konventionellen Lautsprecher
und zumindest einem Flächenlautsprecher
bekannt, wobei sich die jeweiligen Frequenzbereiche, in die das
wiederzugebende Audiosignal mittels einer Frequenzweiche aufgespalten
wird, zumindest teilweise überlappen.
Die Funktionsweise entspricht insoweit im Wesentlichen der einer
herkömmlichen
(zumindest) 2-Wege-Box, bei der das räumliche Klangempfinden durch
den Einsatz des Flächenlautsprechers
verbessert ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für unterschiedliche Frequenzen
ein für
das menschliche Gehör
vergleichbares Lautstärkeempfinden
erzeugen zu können.
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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 Lautstärke 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.