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Die
Erfindung betrifft einen Lautsprecher mit einem zu Schwingungen
anregbaren Element und zumindest einem Antrieb, mittels dem elektrische
Tonsignale in die Schwingungen umwandelbar sind.
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Derartige
Lautsprecher zur Wiedergabe von hörbaren und nichthörbaren
Frequenzen kommen auf allen Gebieten der Beschallung zum Einsatz.
In allen Anwendungen in der Beschallung, in denen es um den Schutz
von Menschenleben geht, spielt der Brandschutz eine hervorgehobene
Rolle. Durchsage-, Notruf- und Personenleitsysteme werden im Falle
eines Brandes zu lebensrettenden Einrichtungen. In etlichen Fällen
kam es jedoch in der Vergangenheit zu vermeidbaren Toten und Verletzten,
weil beispielsweise Durchsagesysteme bei einem ausgebrochenen Brand
versagt haben, d. h. ausgefallen sind. Typischerweise waren die
Systeme nicht in der Lage, den im Brandfall auftretenden hohen Temperaturen zu
widerstehen.
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Konventionelle
Lautsprecher bestehen im Allgemeinen aus einer konusförmigen
Membran, die über eine Hub- und Senkbewegung die vor sich
befindliche Luft in longitudinale Schwingungen versetzt und somit
als Schallgeber fungiert. Wird diese Konstruktion einer hohen Temperatur
ausgesetzt, so verbrennt die Membrane, die üblicherweise
aus Pappe besteht. Bei der konventionellen Lautsprechertechnik wird
die Membrane beispielsweise über ein elektromagnetisches
Antriebssystem in Bewegung versetzt. Dieses Antriebssystem besteht
aus einem Dauermagneten und einer Tauchspule. Der Magnet stellt
ein dauerhaft anliegendes Magnetfeld dar, in dem sich die vom Audiosignalstrom
durchflossene Tauchspule bewegt. Je stärker der Strom durch
die Spule ist, desto größer ist die Bewegung und
desto lauter ist der erzeugte Schall. Der Dauermagnet stellt bei
hohen Temperaturen ein weiteres großes Problem dar. Ab einer
Temperatur von z. B. etwa 125 Grad beginnt der Magnet, seine magnetische
Kraft zu verlieren. Das liegt an den magnetischen Strukturen im
beispielsweise verwendeten Neodym-Material.
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Die
gleichen Probleme ergeben sich dabei prinzipiell auch bei der Verwendung
von Flächenlautsprechern, bei denen als "Membran" ein biegesteifes Element
zu Biegeschwingungen angeregt wird, wobei die "Membran" hier typischerweise
nicht von Pappe ist. Die Schwingungswandler, die die elektrischen Tonsignale
in Biegeschwingungen umwandeln, sind aber bei diesen als Biegewellenwandlern
ausgebildeten Flächenlautsprechern üblicherweise
ebenfalls als elektrodynamische Antriebe ausgeführt.
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Aus
US 6 164 408 A1 ist
ein als Deckenelement ausgebildeter Flächenlautsprecher
bekannt, der aus einem feuerfesten Material besteht. Allerdings
wird hier offen gelassen, ob der Lautsprecher bei Feuer überhaupt
noch funktioniert, da die Feuerfestigkeit alleine – wie
oben beschrieben – keine Aussage über die Funktionsfähigkeit
des Lautsprechers macht. Dieser bekannten Lösung geht es
allerdings auch lediglich darum, einen Deckenlautsprecher zur Erzeugung
eines diffusen Hintergrundgeräusches zum Überdecken
von Gesprächen in z. B. Großraumbüros
anzugeben, der den geltenden Feuerschutzbestimmungen genügt,
d. h. nicht brennbar ist, was in der angegebenen Druckschrift durch
einen komplett aus Metall bestehenden Lautsprecher gelöst
wird.
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Aus
US 2004/0045764 A1 ist
ebenfalls ein als Deckenelement ausgeführter Flächenlautsprecher,
der die Feuerschutzbestimmungen erfüllt, bekannt, bei dem
allerdings zum Erhalt von High-fidelity-Eigenschaften nicht auf
den Einsatz von feuerfesten Materialien gesetzt wird, sondern bei
dem die feuerempfindlichen Teile, wie z. B. die zu Biegeschwingungen
angeregte Membran, durch eine aus Sicht der Membran rückwärtig – also
oberhalb des Deckenlautsprechers – angebrachte feuerfeste
Box geschützt werden.
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Bei
den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen wird dabei
aber nicht das oben beschriebene Problem insbesondere des Antriebs
gelöst, der bei höheren Temperaturen durch den
Verlust der magnetischen Kraft seine Funktionstüchtigkeit einbüßt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lautsprecher anzugeben,
der eine längere Funktionsdauer bei hohen Temperaturen
als die bekannten Lösungen aufweist.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Lautsprecher der eingangs genannten Art dadurch
gelöst, dass das Element aus zumindest einem feuerresistenten
und wärmeisolierenden Material gebildet ist.
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Dadurch,
dass das Element nicht brennbar ist und wärmeisolierend
wirkt, kann es die Hitze eines Feuers von dem Antrieb wenigstens
teilweise fern halten und ihn so vor der Temperatur des Feuers wenigstens
teilweise schützen, so dass schwingungsfähiges
Element und Antrieb einem Brand oder Feuer wenigstens eine gewisse
Zeit widerstehen können.
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Mit
der erfindungsgemäßen Lösung wird ein Prinzip
gezeigt, das den Betrieb eines Schallgebers (Lautsprechers) unter
Feuer- und/oder Brandbedingungen ermöglicht. Der Schallgeber
wird hierdurch in die Lage versetzt, unter Feuer weiterhin seine
Aufgabe als Schallgeber wenigstens eine definierte Zeit lang zu
erfüllen. Diese Zeit wird FRxx genannt. FR steht für
"Feuer Resistent" und xx ist die Zeitangaben in Minuten, die der
Lautsprecher unter Feuerbedingungen arbeiten kann. Somit bedeutet
beispielsweise FR15, dass der Schallgeber im Brandfall noch 15 Minuten
weiterarbeiten kann.
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In
einer vorteilhaften Form der Ausgestaltung ist das Element aus zumindest
zwei Schichten aufgebaut. Somit kann das schwingungsfähige
Element als einfache Schichtstruktur mit beispielsweise zumindest
einer wärmeisolierenden Schicht hergestellt werden. Ebenso
kann ein wärmeisolierendes Material wie beispielsweise
Glasschaum mit einer stützenden und/oder versteifenden
Innenlage versehen werden, wodurch die ge wünschte Funktionalität vorteilhaft
unterstützt wird und sich das Element gut als Membran in
einem konventionellen Lautsprechersystem einsetzen lässt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Element über
ein wärmeisolierendes Verbindungselement mit dem Antrieb
verbunden. Durch diese zusätzliche Isolation kann die Funktionsfähigkeit
des Lautsprechers unter Hitzeeinwirkung weiter verlängert
werden. Das Verbindungselement kann beispielsweise ein Ceran-Plättchen
oder -Ring sein, um den Antrieb auf eine weitere Distanz zum warmen bzw.
heißen schwingungsfähigen Element zu bringen,
da Ceran besonders gute Wärmeisolationseigenschaften hat.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der
Antrieb eine wärmeisolierende Abschirmung auf. Hierdurch
wird die Aktionsdauer (Lebensdauer) des Antriebs ebenfalls weiter
verlängert, da durch diesen zusätzlichen Schutz
der Antrieb auf den nicht durch das schwingungsfähige Element
abgedeckten Seiten vor Hitze und/oder Flammen geschützt
ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Element
als biegesteife Platte ausgebildet und zu Biegeschwingungen anregbar.
Diese Ausführungsform bietet neben der Möglichkeit
des Einsatzes verschiedenster Materialien als "Membran" auch die
weiteren mit Flächenlautsprechern verbundenen Vorteile
wie beispielsweise einen Einbau als Wand- oder Deckenelement. Ein
geeignetes Material mit sehr guten Wärmeisolationseigenschaften
und zumindest guten Klangeigenschaften ist beispielsweise Ceran-Glas.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das
Element eine Konsistenz auf, die durch Einwirkung von Hitze veränderbar
ist, wobei das Element weiterhin zu Schwingungen anregbar ist. Hierdurch
verändert sich das schwingungsfähige Element nur
soweit, dass eine verständliche Sprachdurchsage weiterhin
möglich ist. Dies wird durch den Einsatz von Materialien – wie
beispielsweise Steinwolle, Erde und Stärke – erreicht,
die unter großer Hitze fest zusammenbacken ("keramisieren").
D. h., ein Element aus einem derartigen Material(-gemisch) brennt
nicht ab, sondern wird hart, wodurch die akustischen Eigenschaften
insbesondere eines Flächenlautsprechers mit einer biegesteifen
Platte als schwingungsfähigem Element zumindest im wesentlichen
erhalten bleiben.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist dabei
die Konsistenz nur auf einer dem Antrieb gegenüberliegenden
Seite veränderbar. Hierdurch kann nach einem Brandfall
(oder Einwirken einer hohen Temperatur) z. B. durch mechanische
Bearbeitung (Abkratzen der Oberfläche) ein wenigstens teilweise
dem ursprünglichen Zustand entsprechender Zustand erreicht
werden. Das schwingungsfähige (schallgebende) Element wird
quasi in Schichten abgetragen. Es wird pro Brandfall also eine Schicht weniger
dick.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Element
schallabsorbierend. Hierdurch kann z. B. die Akustik des Raumes,
in dem der Lautsprecher verbaut ist, verbessert werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist mittels
des Elementes Licht emittierbar. Dies ist insbesondere bei Flächenlautsprechern
leicht realisierbar, bei denen eine Licht emittierende Vorrichtung
als biegesteife Platte zu Biegeschwingungen angeregt wird, wobei
unter einer derartigen Vorrichtung z. B. auch ein Display zu verstehen
ist. In dieser Ausgestaltung eignet sich der Lautsprecher besonders
gut als Alarmvorrichtung, da somit im Brandfall nicht nur ein akustisches
Alarmsignal und/oder eine Sprachdurchsage ausgebbar ist, sondern
zugleich z. B. eine Notbeleuchtung aktiviert oder ein Rettungsweg
angezeigt werden kann.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der
Lautsprecher zumindest einen Temperaturfühler zur Bestimmung
zumindest einer Temperatur des Elementes auf. Dabei kann die gemessene Temperatur
beispielsweise an eine Leitzentrale ü bermittelt werden,
so dass eine Hitzeentwicklung, die auf einen Brand hindeuten könnte,
frühzeitig von einem in der Leitzentrale vorgesehenen Brandschutzsystem
erkannt und ein entsprechender Alarm ausgelöst werden kann.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der
Lautsprecher Mittel für eine temperaturabhängige Änderung
der elektrischen Tonsignale auf. Unter Einwirkung einer hohen Temperatur
kann das schwingungsfähige Element seine akustischen Eigenschaften
verändern, so dass für eine auch im Brandfall
verständliche Sprachdurchsage eine temperaturabhängige
Klangentzerrung notwendig sein kann. Dies kann beispielsweise durch
eine – bei Flächenlautsprechern üblicherweise
ohnehin vorgesehenen – Filtereinrichtung mit einer Übertragungsfunktion
realisiert werden, wobei die Mittel für die temperaturabhängige Änderung
der elektrischen Tonsignale die Übertragungsfunktion an
die jeweils herrschende Temperatur anpasst.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
konventionellen Lautsprecher mit wärmeisoliertem Antrieb,
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2 einen
Flächenlautsprecher mit wärmeisoliertem Antrieb,
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3 eine
biegesteife Platte in Zylinderform.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines konventionellen Lautsprechers 1 mit
einem wärmeisolierenden schwingungsfähigen Element 2 und
einem elektrodynamischen Antrieb 3. Die hier gezeigte Ausführungsform
arbeitet nach dem von Kellog und Rice 1937 veröffentlichten
System. Eine konusförmige Membran 2 als schwingungsfähiges Element
wird von dem elektrodynamischen Antriebssystem 3 zum Hin-
und Herbewegen – den Schwingungen 4 – gezwungen,
wodurch die sich vor der Membrane 2 befindliche Luft mal
mehr und mal weniger verdichtet wird.
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Diese
Druckschwankungen 12 werden vom menschlichen Ohr als akustisches
Ereignis wahrgenommen.
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Die
Membrane 2 ist feuerfest und wärmeisolierend (und/oder
wärmeabweisend). Sie ist in der Lage, einen Temperaturunterschied
zwischen dem Bereich vor der Membrane 2 und dem Bereich
hinter der Membrane 2 wenigstens eine gewisse Zeit hindurch zu
gewährleisten. Ein für diese Zwecke geeignetes Material
ist beispielsweise Foamglas oder Glasschaum. Dieses Material kann
zusätzlich stützende und/oder isolierende und/oder
versteifende Innenlagen 7 besitzen, um die gewünschte
Funktion vorteilhaft zu unterstützen, so dass die Membran 2 aus
verschiedenen Schichten 6–8 aufgebaut
ist. Damit die Membran 2 die gewünschte Hin- und
Herbewegung 4 auch ausführen kann, wird sie von
einer Aufhängung 14 gehalten, so dass die Bewegung 4 relativ zum
Lautsprecherchassis 13 stattfinden kann. Der Antrieb 3 findet
durch das elektromagnetische Prinzip statt. Eine vom elektrischen
Tonsignal durchflossene Tauchspule 15 bewegt sich im Magnetfeld
des Magneten 16 und ist mit der Membrane 2 verbunden. Über
ein als hintere Aufhängung der Membrane 2 ausgeführtes
wärmeisolierendes Verbindungselement 9, einer
so genannten "Spinne", wird der Magnet 16 zusätzlich
geschützt. Eine wärmeisolierende Abschirmung 11 als
rückwärtiger Schutz sichert den Magneten 16 von
hinten vor der Hitze und den Flammen.
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2 zeigt
eine alternative Ausführungsform eines Lautsprechers 1,
bei dem als schwingungsfähiges Element 2 eine
zu Biegeschwingungen 5 anregbare biegesteife Platte verwendet
wird. Diese feuerresistente und wärmeisolierende "Membran" 2 wird
von einem Antrieb 3 zu Biegeschwingungen 5 angeregt
und versetzt die vor der Membrane 2 befindliche Luft in
transversalwellenartige Schwingungen 12. Der Antrieb 3 ist
auch hier eine elektrodynamische Schwingspule, wobei zwischen der Schwingspule 3 und
der Membrane 2 ein wärmeisolierendes Verbindungselement 10 als
zusätzliche Isolation eingebracht ist. Eine rückwärtige
wärmeisolierende Abschirmung 11 sichert auch hier
die Schwingspule 3 von hinten vor Hitze und/oder Flam men.
Für eine Erläuterung der weiteren Bezugszeichen
siehe 1.
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3 zeigt
schematisch ein Ausführungsbeispiel einer biegesteifen
Platte als Membran 2 in Zylinderform. Grundsätzlich
kann die Membran 2 aus verschiedenen Schichten 6–8 von
geeigneten Materialien aufgebaut sein und eine beliebige dreidimensionale
Form sowie eine beliebige – auch ungleichmäßige – Dicke
und Schichtung aufweisen; sie ist also völlig frei gestaltbar.
Durch die zylinderförmige Ausgestaltung der Membran 2 wird
die (in der Figur nicht sichtbare) Schwingspule 3 noch
besser vor zu hohen Temperaturen geschützt. Bogenförmige,
wellenförmige oder auch kugelförmige Ausführungen, die
den Antrieb 3 vollständig von allen Seiten vor Feuer
schützen, sind dabei ebenfalls machbar.
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Zusammenfassend
betrifft die Erfindung einen Lautsprecher mit einem zu Schwingungen
anregbaren Element und zumindest einem Antrieb, mittels dem elektrische
Tonsignale in die Schwingungen umwandelbar sind. Um einen Lautsprecher
anzugeben, der eine längere Funktionsdauer bei hohen Temperaturen
als die bekannten Lösungen aufweist, wird vorgeschlagen,
dass das schwingungsfähige Element aus zumindest einem
feuerresistenten und wärmeisolierenden Material gebildet
ist. Hierdurch wird der Antrieb vor zu hohen Temperaturen geschützt,
so dass der Lautsprecher im Idealfall im Feuer genauso gut arbeitet
wie ohne Feuer.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6164408
A1 [0005]
- - US 2004/0045764 A1 [0006]